우주 대폭발 - 빅뱅
우주는 점점 커지고 있다.
우리가 보는 대부분의 별은 우리 은하계의 내부에 있는 항성입니다. 태양이 속해 있는 우리 은하를 ‘은하계’ 또는 ‘은하수’라고 하는데 거기에는 태양과 같은 항성이 수 천억 개가 있습니다. 우리 은하의 모양은 지름이 10만 광년인 원반모양이고 중심을 향해서 휘몰아치는 나선형으로, 태양을 포함한 수천억 개의 항성들이 분포하고 있다고 합니다.
우리 은하 밖에도 수많은 다른 은하들이 있는데 이들까지의 거리는 적어도 10만 광년보다는 훨씬 멀기 때문에 마치 우리 은하 안에 있는 하나의 항성처럼 보이는 것입니다. 실제로 우리 은하에서 가장 가까운 은하는 ‘마젤란은하’인데 18만 광년 떨어져 있습니다.
그 은하들에서 오는 빛의 스펙트럼을 분석하던 ‘허블’이라는 과학자는 그 스펙트럼의 광선분포가 빨간색 쪽으로 평행 이동되어 나타난다는 것을 발견했습니다. 이른바 ‘적색 편이’라고 부르는 현상인데 이는 은하들이 우리로부터 멀어지고 있다는 것을 나타냅니다.
기차가 다가올 때는 기적소리가 높은음(빼--)으로 들리다가 기차가 지나가면 갑자기 낮은음(애--)으로 들립니다. 즉 음정이 그 사람 앞을 지나면서 뚝 떨어지게 되는데 이는 모든 파동에서 공통으로 나타나는 현상으로 ‘도플러 효과’라고 하지요. 물결이 달리고 있는 배의 앞에서는 촘촘해지고 뒤에서는 늘어지는 것도 도플러 효과입니다. 다만 소리에서는 그것이 음정으로 나타나고 빛에서는 색깔로 나타납니다.
스펙트럼이 파장이 긴 빨간색 쪽으로 이동된다는 것은 멀어진다는 것으로 해석을 해야 하며 그 이동되는 정도에 의해서 멀어지는 속도를 알 수가 있습니다. 허블의 관측에 의하면 멀리 있는 은하일수록 은하 사이의 거리는 점점 더 빠른 속도로 멀어지고 있습니다.
영화필름을 거꾸로 돌리듯이 시간을 과거로 되돌리면 은하들이 점차로 가까워질 것이고 허블의 계산에 의하면 약 138 억년쯤 전에는 모든 은하들이 한 군데로 몰리는 것으로 계산됩니다.
말하자면 달리기 선수들이 출발선에 서 있다가 출발신호와 함께 달리기 시작하면 속도가 빠른 선수는 앞서 가고 속도가 느린 선수는 뒤로 처져서 시간이 갈수록 그 차이는 커집니다. 찍은 필름을 거꾸로 돌리면 선수들이 뒷걸음질 치며 점점 거리 차이가 좁혀져서 마침내 출발선으로 가지런히 모이게 되는 이치와 같은 것입니다.
허블의 이론에 따르면 우주는 약 138 억년쯤 전에는 ‘하나의 점’이었고 어떤 이유에서인지는 몰라도 대폭발을 일으켜 사방으로 퍼져나가기 시작했습니다. 시간이 가면서 속도가 빠른 것과 느린 것 사이의 거리가 점점 벌어지고 온도가 내려가서 현재와 같은 우주가 된 것입니다. 이 같은 우주 생성설을 ‘대폭발설(Big Bang Theory)'라고 합니다.
땅에서 수직으로 쏘아 올린 총알은 지구의 중력을 거슬러가야 하므로 속도가 점점 감소하여 결국은 되돌아 떨어지게 됩니다. 그러나 이때 총알의 속력을 11.2 Km/s 이상으로 해주면 더 이상 지구로 돌아오지 않고 무한히 지구로부터 멀어집니다. 왜냐하면 지구의 중력은 거리의 제곱에 반비례해서 적어지기 때문에 지구에서 멀어질수록 속도가 줄어드는 비율이 급격히 감소하여 무한히 멀어질 때까지 속도를 0으로 만들 수가 없는 것입니다.
이 속도를 ‘탈출속도’라고 하는데, 탈출속도의 크기는 벗어나려는 천체의 중력이 얼마나 크냐에 달려 있습니다. 달에서 탈출속도는 지구보다 적을 것이고 태양에서의 탈출속도는 지구보다 클 것입니다.
마찬가지로 지금 서로 멀어지고 있는 은하들이 서로의 중력에 의해 결국은 다시 모일 것이냐 아니면 무한히 멀어질 것이냐 하는 것은 우주의 중력에 달려있는데 눈에 보이는 천체도 있고 보이지 않는 것도 있기 때문에 우주의 밀도를 확정하기가 곤란합니다. 밀도를 결정할 수가 없으므로 우주의 장래를 확정적으로 이야기할 수 없습니다.
눈에 보이지 않는 천체로는 말 그대로 ‘블랙홀(Black Hole)’이라는 것이 있습니다. 이것은 중력이 하도 커서 모든 것을 빨아들이는데 심지어는 빛도 빨려 들어가므로 빛이 밖으로 나와 사람의 눈으로 들어갈 수가 없습니다. 따라서 우리에게는 시커먼 굴과 같을 것이라는 뜻에서 붙인 이름인데, 보이지는 않지만 우주가 팽창할 것인가 수축할 것인가 하는 데에는 큰 영향을 줄 수 있습니다.
