우주의 빅뱅이 이미 수억 번째 반복된 빅뱅일 가능성

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지구인 극소수만 이제 막 알기 시작한 우주의 충격적인 비밀. 최근 파고 들어본 내용을 오픈해 보기로 한다.

때는 약 100년 전,

에드윈 허블이 우리 은하 말고도 다른 은하들이 많이 존재한다는 것을 밝혀낸 것은 우주 크기 10만 광년 언저리에 머물던 인류의 세계관을 뒤바꾼 일대의 사건이었지만

그보다 더 충격적인 것은 멀리 있는 은하는 더 빨리 멀어진다는 것, 즉 우주가 팽창한다는 것이었다.

에드윈 허블

당시의 사람들도 '밀고 당김'의 세상 이치 정도는 알고 있었다.

길고양이와 나 사이의 밀당, 남녀 사이, 판매자와 소비자 사이, 그리고 미시 세계에서 잡아당기는 핵력과 밀어내는 전자기력의 사이 같은 것들 말이다.

당연히 우주적 차원에서도 잡아당기는 중력의 힘이 모든 우주에 작용한다는 것을 알고 있었다.

따라서 허블이 관측한 우주의 팽창은 매우 이상한 것이었다. 우주가 중력에 의해서 서로 잡아당기고 줄어들어야 맞는데. 거꾸로 팽창을 하고 있다니 말이다.

그래서 사람들은 생각했다. '잘은 모르지만 우주의 중력을 압도하는 밀어내는 에너지가 뭔가 우주에도 있구나'

그리고 '계속 팽창해 왔다면 과거에는 우주 공간이 좁았겠구나.'

우주의 밀당

아인슈타인은 도저히 우주의 팽창을 받아들일 수 없던 나머지, 우주는 평형 상태이며 중력을 버티는 정도의 반대 에너지, 우주 상수 값을 제시하기도 했다.

물론 계속되는 관측과 적색 스펙트럼의 증거가 너무 명확해지자, 아인슈타인은 결국 우주가 정적인 세계라는 주장을 철회하게 된다.

여기까지가 바로 우리가 학교에서 배운 우주다.

우주의 빅뱅, 그리고 팽창하는 우주.

사람들은 100년 전에 이미 우주가 팽창한다는 사실을 알았지만, 21세기가 시작할 때까지도 도저히 하나의 문제를 풀지 못하고 있었다.

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"우주가 팽창하는 것은 알겠는데, 팽창 속도가 일정한 거야, 더 빨라지고 있는 거야, 아니면 점차 느려지고 있는 거야?"

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허블로부터 오랜 시간이 지난 2011년, 미국인 과학자 둘과 호주 과학자 하나는 논문 한 편을 발표하게 된다.

복잡한 내용이지만, 요약하자면 이러하다.

1. 빅뱅 초기 엄청 강력했던 빛은, 지금 우주 멀리서 탐지되는 세기를 측정해 보니 매우 약해졌다. 138억 광년 거리까지 멀어져야 매치되는 값이며, 이는 1메가파섹(326만 광년) 거리 기준 초속 67km 속도로 빛이 날아간 수치다. (CMB, cosmic microwave background / 우주배경복사 측정)

2. 빅뱅 초기, 빛 말고 중입자의 소리도 퍼져나갔는데, 이를 재보니 팽창 속도가 67km/s/mpc로 비슷하게 나온다. (BAO, Baryon acoustic oscillations / 바리온 음향 진동 측정)

3. 그런데 별의 폭발 밝기를 기준으로 비교적 최근 별 사이의 거리를 재본다면, 73km/s/mpc 속도로 더 빨리 멀어져간 것으로 나온다. ==> 처음의 빅뱅 팽창 속도(1,2,번)보다 최근 별들의 이동 속도가 더 빨라지게 계산된 것이다.

세 과학자들은 모델을 더욱 심화시켰고, 마침내 그 해 노벨 물리학상을 수상하게 된다.

우주의 ‘가속’ 팽창.

최근에 나온 모델이기에, 우리가 학교에서는 배우지 않았던 내용이다.

나는 15년 전 이 소식을 접하고 즉각적으로 반발했다.

동료 과학자들에게 이 논리의 모순을 설파했지만, 물리학자(당구 장인), 화학자(소주 장인)가 주류를 이뤘던 동료들은 내 말을 귀담아 듣지 않았다.

최후의 보루인 큰 딸에게도 말을 해봤지만 그녀는 받아들이지 않았다. 15년이 지나 지금은 고3이 되었으니… 다시 얘기해보면 혹시 받아들여줄까?

내가 반발했던 이유에는 여러가지 과학적 의문도 있었지만, 예견되는 우주의 미래가 너무나도 끔찍하기 때문이었기도 하다.

그 모습은 Big freeze(열적 사멸) 아니면 Big rip(빅립)인데, 걸리는 시간과 방식에 차이가 있기는 하지만 최후의 모습은 동일하다.

모든 원자들마저 흩어지며, 아무 흔적도 없이 영하 273도로 차갑게 식어버리는 우주의 죽음. 우주도 결국 허무하게 죽는다는 것이다.

시간은 흘러, 3명의 과학자가 노벨상을 수상한 후 14년이 지나게 되었다.

때는 바야흐로 2025년 11월,

동양의 과학자들 몇 몇은 영국 왕립천문학회에 논문을 하나 발표한다.

논문 원문 링크 ☞

https://drive.google.com/file/d/1Q9PE9asgSITZbxdCHcYqed08Yz26Ct-r/view?usp=drive_link

논문의 내용은 2011년 노벨상 탔던 사람들이 측정했던 별의 폭발 밝기 전제에 오류가 있고(각주1), 우주는 더 이상 가속팽창을 하는게 아니라 약 17억년 전부터 감속팽창에 접어들었다는 것이다(각주2).

이 동양인들은 바로 대한민국의 연세대 이영욱 교수 등 4인이다.

연세대 우주천문학과 연구팀

사실 우주가 급격히 팽창하든, 우주가 급격한 팽창을 멈추고 속도가 느려졌든 우리의 일생에는 아무런 영향을 끼치지 못한다.

그러나 우리의 세계관에는 엄청나게 큰 차이를 가져온다.

우주의 팽창이 느려졌다면, 우주는 언젠가 팽창을 멈출 수 있고, 팽창을 멈추는 순간 잡아당기는 중력이 기다리고 있기 때문이다.

그리고 중력은 거리가 가까워질 수록 더 강해지기 때문에, 팽창을 멈추고 우주가 한번 수축하기 시작하면 그 수축 속도는 더욱 더 빨라진다. 우주가 다시 한 지점으로 모여드는 Big crunch가 일어나는 것이다.

그리고 한 지점으로 모여든 우주는 엄청난 초고온, 초고압 상태에 놓이게 된다. 그리고 이 상태는 얼마 견디지 못하고 또 다시 '뻥!' 하고 터지게 된다. Big bounce.

이는 우주가 138억년 전 시작했고 먼 시간이 흐른다면 결국 차갑게 식어 죽을 것이라는 15년동안의 우주관에 엄청난 균열을 가져온다.

우주는 기존 생각과 달리 팽창, 수축, 팽창을 반복하는 모델이 되고, 선형적 세계관에서 순환적 세계관으로 옮겨오게 되기 때문이다.

앞으로도 우주는 무한히 반복될 뿐만 아니라, 지금 우리가 서있는 우주 역시 이미 수억, 수조 번 이상이 반복되어 온 x번째 우주의 138억년인지도 모르게 되는 것이다... ...

양자역학적으로 모든 정보는 보존된다고 한다.

우리가 지금 울고 웃고 사랑하고 아파하는 모든 것들은 예전 우주의 정보들이 반복되었던 결과일까?

지금 우리 삶의 정보도 다음의 우주에 남겨지는 것일까?

대한민국 과학자들의 노력이 노벨물리학상이라는 결실로 이어지길.

그리고 우리의 짧은 노래가 다음 우주에서도 정보의 조각으로 남겨질 수 있기를…

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각주1) 기존 2011년 모델은 백색왜성형(1a형) 초신성은 모두 태양 질량의 1.4배 에서 폭발해 우주 어디에서나 밝기가 같고, 이에 따라 겉보기 밝기만 측정하면 거리를 확인할 수 있다는 논리였다. 그러나 이영욱 교수는 초기 우주가 아닌 비교적 최근에 만들어진 1a형 초신성의 경우 니켈, 코발트 같은 중금속 함량이 많아 더 밝게 터진다는 여러 관측 데이타를 제시했다.

각주2) 이는 초신성의 나이에 따라 밝기를 보정하면, 기존 빅뱅의 BAO (바리온 음향 진동) 측정 결과와 일치한다는 사실을 보여주며 신빙성을 높이고 있다.