우주의 탄생과 팽창

사실 이 장방경실에서 왼쪽 항의 세 번째를 보면 이렇게 꺽쇠같이 생긴 경우가 있잖아요. 람나라고 하는데요. 그 항은 원래 없던 겁니다. 원래 없던 건데 아인스타인이 자신의 이 방경실을 우주 전체에 적용했을 때 우주가 안정하지 않다는 사실에 충격을 받고 그러면 안 되니까 우주는 안정해야만 하니까 원래 없던 이 하나의 항을 손으로 추가해서 넣었던 겁니다. 나중에 사실 아인스타인은 이것을 자기 인정일 때 가장 큰 실수라고 이야기하게 되는데요. 아무튼 아인스타인은 이렇게 우주를 안정화시키는 데 성공해서 억지로 우주 상식을 도입했어요. 안녕하세요. 오늘은 정말 재밌는 내용을 얘기하려고 해요. 아마 만낙생들이 우주에 대한 이야기를 되게 좋아하지 않나요? 우주에 대한 영화도 좋아하고 저희가 우주를 이야기할 수 있게 된 이유는 저희가 좀 고통스러웠지만 지난 시간에 상대성 이론을 같이 공부했잖아요. 상대성 이론을 공부하게 되면 우주에 대해서 물리학적으로 접근할 수 있게 됩니다. 우선 우주라는 것이 무엇인지를 이야기하기 위해서 그동안에 사실 수많은 문명이 우주에 대해 이야기를 해왔거든요. 그 이야기부터 저희가 한번 시작해보도록 하죠. 사실 우주를 보고 있으면 사실 우주란 말은 좀 애매할 수 있는데 우주란 뭘까요? 많은 분들이 우주라 그러면 하늘에 있는 검은색 그 뭔가 배경과 거기에 있는 어떤 점 같이 박혀있는 별들? 이런 걸 상상하지만 물리학에서 우주라는 것은 존재하는 모든 것을 말합니다

물론 하늘에 있는 별들도 우주로 맞아요 근데 만약 우리가 다른 별에 있는 우리와 같은 생명세를 상상해본다면 그들도 하늘을 보면서 저걸 우주라고 할 텐데 그 우주는 바로 우리를 가리키는 거거든요 우리를 포함되어 있는 걸 말하는 거죠 사실 무의학에서 우주라고 그러면 존재하는 모든 것을 가리킵니다 자, 존재하는 모든 것은 과연 어떻게 생겼고 언제 생겼고 어떤 방식으로 만들어뒀고 어떻게 될 것인가 이건 사실 인간이 이 우주에 대해서 호기심을 갖기 시작한 이래 언제나 있었던 질문이라고 할 수 있죠 그래서 모든 문명은 사실 이 우주 또는 이 세상에 대한 이론들을 가지고 있었어요 예를 들어서 저 마야나 아즈텍, 잉카 같은 남미에 있었던 고대 문명들은 우주를 사실 그때 우주가 그러면 그냥 이 집을 수도 있어요 이 세상의 중심에 언제나 자신이 있다고 생각을 했고 단 그 정종양에 자신들의 신전이 있다고 생각을 했죠 그래서 남아있는 이 세상을 이렇게 원으로 만들고 거기를 구획을 지어서 이것이 이 세상이다라고 사실 이런 방식의 이 방법은 많은 문명권들이 공용하고 있습니다

더 오래되었다고 알려진 그 이집트의 문명 같은 경우도 이 우주에 대한 생각이 있었어요 제가 이런 거 자세하게 알고 있지는 않으니까 자세한 내용은 필요 없지만 여신이 하늘을 감싸고 있고 아마 2부로 태양을 삼치거나 내뱉혀서 낙과 밤이 온다고 믿었다고 합니다 이 사람들에게는 존재하는 모든 것이 신이고 존재하는 모든 것이 우주였던 것이죠 정말 이 우주를 이해하는 다양한 방식이 있었다고 할 수 있죠 우리 문명도 사실 우리 문명이라는 것은 중국과 동아시아를 얘기하는 건데요 이 세상에 대한 이론이 있었어요 여기서는 이 세상이 코끼리 4마리에 등 위에 있다고 설명했는데 당장돼요 제 이해가 안 되죠? 그러면 또 그 코끼리는 어디에 있어야 하나? 그러면 코끼리는 거북이 등 위에 있다 그러는데 참 상상하기 힘들죠 그럼 거북이 또 어디에 있어야 할까요? 그래서 이런 식으로는 답이 끝나지 않겠죠 현재 우리가 가진 이 세상에 대한 이론은 이 지구라는 행성이 우주 공간에 둥떠 있는 상태입니다 아마 여러분은 이렇게 우주를 이해한다고 들지 모르더만 공공의 사태보면 이것도 참 이상한 우주가인긴 해요 이런 이야기들은 사실 근거 없이 하는 이야기들일 수도 있죠 물론 이 행성이 우주에 둥떠 있다는 건 근거와 궁극이 아닌 바로 과학은 물질적 증거를 바탕으로 하기 때문이죠 여러분 지금부터 이 우주에 대한 이야기를 그냥 이렇다더라 저렇다더라 하고 설명하는 것이 아니라

우주에 대해서 처음으로 이렇다, 좋다 이야기할 수 있게 된 것은 바로 운동법칙이 나온 이유예요 그런데 과학의 시작은 뉴턴이 그렇다 뉴턴이 나오자 비롯도 우리는 우주에 대해서 뭔가 의미 있는 말을 할 수 있게 되었어요 일상의 이론에 따르면 우주에 있는 모든 것들은 중력으로 서로 담깁니다 이것은 한 가지 중요한 역설을 만들어내죠 이것은 우리가 벤틀리의 역설이라고 부르는데요 우주에 있는 모든 별들이 생성을 포함하여 서로 당기기만 한다면 결국은 다 한 장소에 들러붙어 버리겠죠 문제라 뭐냐면 중력에는 이런 힘이 없다는 겁니다 아직 전작이라고 알지 못했던 이 시대에는 쉬위란 것은 당기기만 하기 때문에 그렇다면 모든 것들은 한 곳으로 모여서 찌그러지는 즉 우주가 이렇게 안정적으로 존재할 수 없다는 것입니다 이 역설에 대해서 뉴턴도 굉장히 답을 꺼려있다고 하는데 이렇게 기적적으로 이것들이 한데 뭉치지 않고 서로 적당한 간격으로 있을 수 있는 조건은 있지만 그 조건은 굉장히 불안적합니다 사실 중력이 갖고 있는 문제점을 날카롭게 실상으로 할 수 있죠 두 번째 역설은 상당히 시간이 지나는 후에 나오는 거지만 이건 또 다른 문제를 갖고 있는데요 이 역설을 우리는 오늘날 이렇게도 이야기합니다 밤하늘은 왜 어두운가

밤하늘이 어두운 건 당연한 것 같지 않으세요? 하지만 밤하늘은 어두워야 될 이유가 없다는 겁니다. 자 이 올바르스의 역설이라고 부르는 역설을 한번 봅시다. 여기서는 어떤 가정을 하냐면은 이 우주에 별들이 최대한 균일하게 있다고 가정하여 물론 그렇지 않을 수도 있습니다. 그러나 뭐 딱히 여러분이 바른 이유가 없다면은 어딘가에는 많은 별들이 있고 어딘가에는 없고 이런 이유는 별로 없잖아요. 이 공간은 굉장히 균일하게 보이기 때문에 별들도 최대한 균일하게 있을 거라고 생각하는 것이 가장 자연스러운 가정입니다. 만약에 우주에 별들이 균일하게 있다면 별들이 내는 빛도 거의 비슷하다고 가정하셔도 될까요? 그렇다면 우리가 특정 방향을 봤을 때 이 그림에 볼 수 있는 것처럼 거리가 멀어짐에 따라서 우리가 볼 수 있는 시야의 각도가 제곱으로 늘어난다는 사실을 알 수 있습니다. 그런데 제곱으로 늘어남에 따라 그 안에 들어있는 별의 개수도 제곱으로 늘어나야겠죠. 별들이 균일하게 있다면 하지만 각 별들이 갖고 있는 빛은 거리가 멀어짐에 따라 약해지는데 약해지는 정도는 정확히 거리 제곱에 따라 작아집니다. 그러면서 중요한 사실을 알 수 있죠. 별이 지구로부터 멀리 있을 때에는 빛의 세기가 거리 제곱에 의해서 작아집니다. 약해지죠. 하지만 별의 개수는 제곱으로 늘어나요. 그러니까 빛이 약해진 것과 대수가 늘어난 것이 정확히 똑같이 제곱으로 같기 때문에 상세하게 된다는 뜻입니다. 즉 어떤 거리에서 오는 별들이라도 거기서 오는 빛의 총량은 같다는 것이죠. 결국 우리는 지구에서 가장 가까이 있는 태양의 기준으로 봤을 때 태양 정도의 빛을 전 우주공간에서 보일 수 있어야 한다는 뜻입니다. 결론은 밤하늘이 어두울 수가 없다는 거죠. 굉장히 이상한 넉설들이에요. 그러니까 밤하늘이 어두운 걸을 선정하지 않았기 때문에 뭔가 잘못됐다는 겁니다. 어딘가 키웠다는 거죠.

어떻게 해결할 수 있을까요? 오늘 제가 이야기할 것은 오늘 현재 우리가 알고 있는 이런 우주와 이런 역설들을 모두 설명해 줄 수 있습니다. 사실 이 우주가 어때야 하는지에 대해서 철학자들도 한 번씩 다 했어요. 원래 옛날에는 철학하시는 분들이 과학도 같이 연구했기 때문인데요. 아주 유명한 근대 철학자였던 칸트. 칸트는 순수 이성 비판에서 이런 말을 한 적이 있습니다. 우주에는 시작점이 있는지 없는지 알 수 없다. 인간의 이성으로 답할 수 없다. 이런 말을 한 적이 있어요. 왜냐하면 시작점이 있을 수도 있고 없을 수도 있는데 둘 다 모순을 만든다는 겁니다. 시작점이 있다고 해볼게요. 시작점이 있다면 사실 시작점을 중심으로 그 이전에 무한한 시간이 존재할 텐데 왜 그때 굳이 시작을 했어야 하는지 알 수 없다는 거죠. 여기서 일단 칸트는 시간이 무한히 존재했다는 가정을 한다는 걸 알 수 있어요. 두 번째, 시작점이 없다고 해볼게요. 시작점이 없다면 사실 모든 사건마다 지금도, 내일도, 백년후번, 백년전도 어떤 시점을 잡더라도 시작점이 없습니까? 그 이전에 무한한 시간이 있습니다. 이건 이상하지 않은가요? 내일보다 오늘, 어제,

과거로 갈 때마다 그 이전에 더 적은 시간이 있을 것 같은데 그렇지 않다는 거죠. 사실 이런 종류의 이야기는 뭔가 부환에 대한 오해의 소용료일 수도 있어요. 아무튼 칸트는 우주의 시작점이 있는지 없는지를 인간의 이성으로 답할 수 없다고 이야기했지만 제가 오늘 설명할 현재 우리의 우주로는 이 우주의 시작점이 있다고 이야기했습니다. 사실 우주의 시작점이 있는지, 우주는 어떻게 생겼는지, 우주의 미래는 어떻게 될 것인지 이런 것을 다룰 수 있는 과학이론은 원래 있는지 크지 않죠. 어떻게 과학이 자신이 담겨져 있는 이 우주 전체를 설명할 수 있을까요? 놀랍게도 그런 이론이 있는데 그것이 바로 저희가 지난 시간에 배웠던 일반상적성 이론이죠. 일반상적성 이론은 원래 물질과 시공간을 연결시켜주는 그런 이론입니다. 그래서 저희가 같이 보았던 이 아인스타인의 장방정식의 오른쪽 항은 에너지, 물질에 대한 항고, 왼쪽이 시공간에 휘어진 곡물과 관계된 항이라고 했어요. 우리가 이 방정식을 단지 우주 전체에다만 적용할 수 있다면 우리는 우주 전체에 대한 이야기를 할 수 있다는 뜻이죠. 우주 전체의 물질을 오른쪽에 넣으면 우주 전체인 시공간의 역사와 시간에 따른 변화를 다 알아낼 수 있다는 뜻입니다. 그래서 놀랍게도 일반상적성 이론은 드디어 우리에게 이 우주 전체를 설명할 수 있는 방법론을 준 것이죠. 이 장방정식을 우주 전체에 적용하게 되면 어떤 답이 나오게 되는데요. 여기서 우리는 중요한 첫 번째 논대는 다시 만나게 됩니다. 즉 저 방정식을 전체 우주, 우주가 평평하고 우주의 특별한 특성이 있을 거라고 생각하는 건 이상하잖아요. 아름답기 때문에 우주는 가능한 균일하게 되어 있다. 이런 가정을 써서 정식을 풀어보면 놀랍게도 이 우주가 안정한 상태로 있기가 어렵습니다.

저희가 그걸 같이 풀어보지 못하겠지만 그냥 그런 답이 나온다는 사실을 아시면 되는데요 무슨 뜻이냐면 마치 공이 산 꼭대기에 놓여있다면 우리가 그 공을 손으로 쳤을 때 공은 바로 불러떨어지겠죠 물론 손으로 건드리지 않으면 그냥 그대로 되게 불안정하지만 있을 겁니다 우리가 이런 것들을 불안정 상태라고 하는데요 우주가 그런 상태에 놓여있다는 뜻이에요 정말 이상한 일이죠 아인스타인은 그런 상태가 너무나 좀 마음에 안 들었기 때문에 자신의 식을 자신이 고치게 됩니다 그래서 사실 이 장방정식에서 왼쪽 항의 세 번째로 보면 이렇게 꺽쇠같이 생긴 기호가 있잖아요 람다라고 하는데요 그 항은 원래 없던 겁니다 원래 없던 건데 아인스타인이 자신의 이 방정식을 우주 전체에 적용했을 때 우주가 안정하지 않다는 사실에 충격을 받고 그러면 안 되니까 우주는 안정해야만 하니까 원래 없던 이 하나의 항을 손으로 추가해서 넣었던 겁니다 나중에 사실 아인스타인은 이것을 자기 인생일 때 가장 큰 실수라고 이야기하게 되는데요 아무튼 아인스타인은 이렇게 우주를 안정화시키는 데 성공하죠 억지로 우주 상수를 도입해서요 하지만 어떤 과학자들은 그렇게 하면 안 된다는 겁니다 실제 우주는 불안정하고 불안정한 상황에서도 우주가 이대로 존재하기 위해서는 무언가 어떤 시작점이 있었고 계속해서 팽창하는 상황이다 그렇다면 현재 우주는 팽창하는 우주일 거라는 아이디어가 나오게 됩니다 이런 주장을 했던 사람들이 바로 르헤트르하고 프리드만이라는 사안자 이와 같이 팽창우주본과 우주 상수를 넣은 정상우주가 대립하게 되는 상황이 되죠 당연히 아인스타인이 유명한 분이니까 당연히 이때에는 정상우주가 더 무색했겠죠 한편 저 팽창우주에 대한 논쟁에 답을 줄 것은

엉뚱한 곳에 떠 나옵니다. 이 당시 1920년대에 할로 셰플리라는 사람과 허버 커티스라는 사람 사이에 천문학적인 대논쟁이 있었어요. 이 논쟁은 다름답니다. 점차 마음면이 좋아지고 있었기 때문에 하늘을 관찰하다 보니까 이제 이상한 어떤 구조물들을 많이 보게 돼요. 저 뒤에 사진을 보신 것처럼 소용돌이 모양의 그런 별의 모임들 그러니까 별이 구름처럼 모여있기 때문에 성운이라고 불렀는데요. 그런 성운이 보이는 겁니다. 저 성운의 정체가 뭘까 저 별의 무대기의 정체가 뭘까 하는 거였는데 당시 두 가지 의견이 있었습니다. 할로 셰플리는 저것들은 그냥 우리 은하 안에 들어있는 어떤 별의 무대기일 뿐이야. 왜냐하면 우리 은하가 유일한 이 우주에 있는 은하이기 때문이죠. 하지만 허버 커티스는 다른 이야기를 하기 시작합니다. 그것이 아니라 저 별들의 모임은 우리 은하에 속하지 않는 우리 밖에 있는 것이고 하나의 새로운 은하일지 모른다. 이건 대단히 올라온 주장인데요. 이게 맞다면 우리 은하만이 아니라 다른 은하들이 여기저기 전제할 수 있다는 뜻입니다. 당시로서는 이들의 주장 중에 무엇이 옳은지를 판별할 만한 그런 도구가 없었는데요. 이제 그것도 판별할 수 있는 도구가 곧 재발이 되겠습니다. 여기서 이 우주에 대한 신비가 밝혀지게 되자. 자, 그 이야기는 저희가 이어서 계속하겠습니다.

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이 크레드 호일이라는 과학사는 도대체 이게 말이나 되냐 우주가 한 적으로부터 폭발하듯이 빅뱅 빅뱅 하듯이 만들어졌다는 게 말이나 되냐 이건 말 안된다라고 비꼬듯이 말할 때 썼던 표현이 바로 빅뱅입니다 지금 상황을 정리해보죠 아인스타인의 장방정식을 우주에 적용했을 때 우주는 팽창한다 그렇지 않다 이제 이런 논쟁이 있었고요 이것과 무관하게 또 다른 논쟁이 있었는데 우주에서 발견되는 은하와 같은 모양 수영돌이 모양의 은하들이 나왔는데 이것들이 우리 은하에 속하는가 속하지 않는가 이 두 가지 논쟁이 있었습니다 이 두 가지는 얼핏 보기에 다른 논쟁 같지만 사실은 서로 긴밀하게 연결이 되어있는 것이죠 이 문제에 대한 답을 내신 분이 바로 이 사진에 나오는 허블입니다 허블이라는 이름은 많은 분들이 들어보셨을 거예요 빅뱅 이론 얘기할 때 언제나 나오는 사람이죠 허블은 당시에 있었던 이 거대 마원경을 이용해서 우주를 관측하게 되는데요 이때가 한참 아까 이야기한 대로 은하들이 관측되고 있을 때예요 그 은하가 도대체 우리 은하에 속한 건지 안 한 건지는 논쟁을 하고 있었습니다 그 논쟁에 대한 답을 내기 위해서는 관측된 은하까지의 거리를 잴 수 있어야 한다 만약 그 거리가 우리 은하의 크기보다 크다면 예를 들어 우리 은하가 10만 광년인데 관측된 은하까지의 거리가 100만 광년이라면 당연히 관측된 은하는 우리 은하 바깥에 있는 거겠죠 이 논쟁의 핵심은 관측된 은하까지의 거리를 잴 방법이 있는가 하는 것입니다 저희가 일상생활에서는 거리를 잴는 게 어려운 일이 아니지만 이렇게 먼 거리에 있는 이런 천체들의 거리를 잰다는 것은 아주 어려운 일입니다 당시로서는 이렇게 멀리 있는 천체에 거리를 잴 방법이 없었어요 자 여기서

이 거위 문제의 돌파구를 열게 된 사건이 하나 생기는데요 이 사건은 바로 안드로메다 은하가 할 일입니다 안드로메다 은하까지의 거리는 얼마나 될 것인가 이걸 우리가 쉽게 알아낼 방법이 있을까 하는 거였어요 여기서 여러분이 반드시 기억해야 될 분이 한 분 등장하는 게 바로 헨리에타 리비트입니다 헨리에타 리비트는 여성과학자예요 사실 1900년대 초반, 20세기 초반에도 아직 여성의 사회적 지위가 부담이 낮았습니다 특히 과학자 집단에서 말할 법도 없었어요 아마 아시는 분도 많겠지만 이 당시에 여성은 박사학위도 받을 수 없었고 교수가 될 수도 없었습니다 정식과학자가 될 수도 없었죠 그래서 우리가 아는 수많은 과학적들이 사실 여성에 의한 것이라도 그 이름이 남아있지 않은 경우도 많았고요 여성이 알아냈지만 남자의 이름이 붙인 경우도 하지 않았어요 프랑스에서조차 최초로 박사학위를 받고 최초로 여성도수가 된 사람이 바로 마리퀴리, 퀴리 부인입니다 퀴리 부인 이전에는 그 어떤 여성도 이렇게 정식으로 과학을 연구할 수 없었어요 헨리에타 리비트도 당시에 아마 뛰어난 과학자였겠지만 당시 시각 상황으로 인해서 단순한 계산을 하고 있었습니다 즉 천체에서 관측된 수많은 데이터들을 마치 오늘날 컴퓨터나 계산기가 하듯이 사람이 앉아서 계산을 하고 데이터를 부여하는 일을 하고 있었죠 그렇게 정리가 되면 그 데이터를 위해 넘겨주게 되고 남자 과학자들이 그 데이터를 보고 새로운 분석을 하는 겁니다

놀랍게도 헬리에타를 입드는 자신이 해야 되는 그 이의를 뛰어넘어서 그 데이터를 분석하다가 놀라운 발견을 하게 되자 그 발견을 자기 위에 있는 상관에게 알려주게 됩니다 그 발견이란 뭐냐면 관측된 수많은 천체들 가운데 아주 독특한 천체들이 있어요 변광성, 맥성 변광성이라고 하는 건데요 이걸 쉽게 설명하자면 밤하늘의 별을 보시면 여러분, 밤하늘의 별을 얼마나 오랜 시간 오랜 시간이란 건 상관 아니면 2년 이렇게 꾸준히 본 적 있는지 모르겠는데요 하늘의 별을 오랜 시간 보면 어떤 별들은 별의 밝기가 시간에 따라 달합니다 그러니까 어두웠다, 밝았다, 어두웠다, 밝았다 한다는 뜻이죠 이런 사실을 알기 위해서는 아주 오랫동안 하늘을 관측해야 됩니다 놀라운 일이에요 그래서 '오, 이건 정말 신기한데' 하고 연구를 하게 되는데요 이런 식으로 반짝반짝, 그러니까 시간에 따라 밝기가 단다는 변광성들이 발견되게 되는데 헬리에타 리니트가 발견한 것은 바로 이 변광성에 어떤 특별한 특징들이 있다는 겁니다 즉, 이들의 밝기가 시간에 따라 변하는 주기가 있겠죠 어떤 거는 사들이 한 번씩 밝았다, 어두웠다 할 수 있고 어떤 거는 오히려 한 번씩 밝았다, 어두웠다 할 수 있을 거예요 일종의 파동이라고 할 수 있는데요 놀랍게도 이 셰페이드 변광성이라는 변광성들은 밝기가 변하는 그 메카니즘 때문에 그런 건데요 아무튼 자세한 얘기도 하지 않을 텐데요 즉 이것이 얼마나 빨리 밝아지

비갔다 어두웠다 하는지를 아는 것만으로도 이 별이 절대적으로 얼마나 밝은지를 바로 알 수 있다는 뜻이에요 밝기를 알 수 있는 그런 별을 찾았다는 뜻입니다 자 이게 왜 중요하냐면요 자 우리가 별까지의 거리를 알기 위해서는 어떤 방법을 사용할 수 있냐면 별에서는 오로지 빛만 나옵니다 우리가 별로부터 볼 수 있는 빛밖에 없죠 빛은 거리가 멀어집니다에 따라서 거리의 제곱에 반비례하여 그 흙, 세기가 약해집니다 여러분이 멀리 있는 물체의 빛을 볼 수가 없잖아요 너무 약하기 때문에 가까이 오면 빛이 강해지죠 그건 정확히 길이 제곱에 반비례해요 여러분이 이 길이를 어떻게 알 수 있냐면 빛의 세기를 측정함으로써 빛의 세기가 원래 나올 때에 비해서 16분의 1로 작아졌다 그럼 거리가 4배가 되었다는 뜻입니다 기존 거리의 4배가 되었다는 뜻이죠 문제는 뭐냐면 여러분은 다 지구에 살고 있기 때문에 이것이 원래 밝기가 얼마인지를 몰라요 지구에 도착한 이 별의 세기가 거리가 얼마가 됐기 때문에 작아져서 현재 이것 하라고 이야기하기 위해서는 처음에 출발할 때 별의 밝기가 얼마인지를 알았어야 하는데 대부분의 경우 알 수 없다는 것이죠 하지만, 하지만 지금 금방 설명했던 캡페이드 방광상의 경우는 주기를 이용해서 그 별의 절대적인 밝기를 알 수 있다는 겁니다 즉 이들을 우리가 주기를 측정하여 절대 밝기를 알게 되고 절대 밝기가 원래 100이었는데 지구에서 있던이 1이더라 그러면 100분의 1로 준 거니까 거리가 얼마겠지 하고서 추측할 수 있다는 뜻입니다 즉 우리가

1km부터 거리를 잴 수 있는 표준, 촛불, 절대적인 밝기를 알 수 있는 촛불들을 얻게 되었다는 뜻이죠. 그래서 헬리에타 리디타의 발견이 있은 다음에 저 관계식을 이용하여 은하에 있는 여러 가지 우리가 변방성들까지의 거리를 측정할 수 있게 됐고요. 은하가 변방성을 포함하고 있으니까 우리가 그것으로부터 은하까지의 거리를 대략적으로 추정할 수가 있겠죠. 그래서 결국 아까 제가 이야기했던 헤플리와 커티스의 논쟁의 승자는 커티스가 됩니다. 즉, 관측된 수많은 소용돌이 형태의 은하들은 우리 은하 내에 들어있지 않고 은하 박사 때에 있었던 것이죠. 이 자체는 놀라운 일입니다. 즉, 원래는 이 우주는 우리가 있는 이 은하밖에 없다고 생각했지만 그것이 아니라 이 우주에는 굉장히 많은 은하가 있다는 거예요. 현재 우리가 관측한 바로는 우주에 존재하는 은하의 개수는 거의 1조 개의 달입니다. 우리의 은하는 그 중에 하나일 뿐이에요.

그 하나의 은하인 우리 은하 속에는 태양과 같은 별이 거의 2천억대가 있죠 그러니까 이 우주의 규모는 우리 인간의 상상을 뛰어넘는 겁니다 어찌됐든 이렇게 은하까지의 거리를 알 수 있게 되자 허불이의 하늘이죠 허불이 헬리에타르비타의 도움을 얻어서 안드로레 은하까지의 거리를 측정하고 그게 가능해지자 이부터는 수많은 은하들에 대해서 거리를 막 지기 시작합니다 너무 궁금하잖아요 저 은하는 거리가 얼마일까? 저 은하는 거리가 얼마일까? 이렇게 측정하다가 아마도 가장 멀리 있는 은하에 측정하게 되면 그것이 우주의 크기일 수도 있으니까 아주 중요한 그런 시간이라고 할 수 있습니다 여기서 또 한 가지 중요한 발견이 있겠습니다 허불이 정말 천절한 뜻인데요 그 사실을 알기 위해서는 여러분이 무의한 상상을 공부해야 하는데 저희가 시간이 많지 않기 때문에 제가 아직 핵심만 말씀드릴게요 지금 동영상에 보시는 것처럼 자동차가 저에게 접근을 할 때 소리가 음이 바뀌는 걸 알 수가 있어요 즉 예를 들어서 경찰차가 삐 뽀 삐 뽀 삐 뽀 하고 소리를 내는데요 저한테 빠르게 다가올 때는 삐 뽀 삐 뽀 하다가 삐 뽀 삐 뽀 삐 뽀 삐 뺐 소리 걸었다가 저의 제같이 순간 삐 뽀 삐 뽀 하면서 소리가 음이 낮아지는 걸 알 수가 있죠 제가 한 거 보다 혹시 이 동영상 볼 수 있게 할 거예요 경영장은 실제로 실험을 한 건데요. 자동차가 지날 때 클락시선 소리가 어떻게 바뀌는지를 보세요.

이것은 소리가 갖고 있는 도플루 효과때문에 맞습니다 도플루 효과란 소리가 만들어질 때 혹은 파동이 만들어질 때 그것이 만들어지고 있는 소스가 움직임에 따라서 그 움직임이 저한테 다가올 때에는 그 소리의 주파수가 커지고요 멀어질 때에는 주파수가 작아진다는 그런 법칙입니다 도플루 효과에 따르면 저한테 다가오는 물체가 되는 소리는 주파수가 커져서 아주 높은 톤이 되고 멀어질 때에는 낮은 톤이 된다는 거죠 이건 여러분이 아마 수많은 일상에서 경험하는 상상일 겁니다 하지만 이건 소리에만 적용되는 것이 아니라 빛에도 적용이 됩니다 저희가 아직 배우지 않았지만 빛도 소리와 마찬가지로 파동이기 때문이죠 도플루 효과는 파동에 적용되는 현상이었던 거예요 그래서 빛도 나한테 다가오는 물체가 빛을 낼 때에는 주파수가 커집니다

우리한테 멀어질 때에는 주파수가 작아지게 되죠. 그래서 은하에서 오는 빛을 우리가 색깔을 볼 수가 있는데 자세한 얘기는 여기서 똑같이 못할 텐데 자꾸 많은 자세한 내용들이 필요한데요. 나중에 배울 겁니다. 제가 양적학 시간에 들을 텐데요. 여기 보시면 검은 선들이 있는데 이 검은 선들은 특정한 색깔을 나타낸 겁니다. 모든 은하에 들어있는 그런 별들은 비슷한 방식으로 빛을 내기 때문에 여기에 있는 검은 선들은 그 안에 있는 원자의 특성을 반영하고 있어요. 그 원자들은 사태 원자입니다. 하지만 지금 보시면 은하에 따라서 검은 선의 위치가 바뀌는 걸 알 수가 있어요. 더더군다나 바뀌는 양상이 똑같습니다. 이 검은 선은 점점점점 오른쪽 붉은 쪽으로 이동하는 걸 볼 수가 있죠. 발에서 이동할 때 이것을 우리가 은하의 적색 편이라고 한다. 쉽게 이야기하면 은하에서 오는 빛이 언제나 약간 붉은색 기운을 갖고 있다는 겁니다. 왜 붉은색으로 이동하냐 하면은

주파수가 작아서 그런데요. 주파수가 작았다는 얘기는 은하들이 멀어지고 있다는 뜻이죠. 즉, 지구에서 관측된 모든 은하는 모두 다 지구로부터 멀어지고 있다는 결론을 얻을 수 있다는 뜻입니다. 굉장히 이상한 거죠? 우리가 이 우주의 중심일까요? 우리가 우주의 중심이고 다른 은하들은 왠지 우리를 싫어해서 다 멀어지고 있는 걸까요? 이게 그런 의미를 여파하고 있는 거죠. 여기서 허블은 한 번씩 전화가는데요. 지금 두 가지를 우리가 알고 있죠. 하나는 은하까지의 거리를 알고 있습니다. 그거는 셰페이드 변광성을 이용한 표준축구 때문이죠. 두 번째는 은하의 후퇴속도, 얼마나 빠르게 멀어지는지를 알 수 있어요. 이거는 도플로효과 때문입니다. 멀어지고 있는데 얼마나 멀어지는지. 은하 하나마다 우리가 후퇴속도와 거리를 알고 있으니까 이걸 그래프를 그려볼 수가 있어요. 그건 놀랍게도 그림을 보시는 것처럼 거리가 멀어지는 데 따라 멀어지는 속도도 더 커진다는 사실을 알게 돼요. 그런데 이것이 그냥 커지는 게 아니라 정확히 일직선상, 1차 함수에 따라서 멀어지고 커집니다. 이런 뜻이죠. 제가 여기 있고요. 저로부터 예를 들어서 2m, 2m, 3m의 은하들이 있다고 봤대요. 2m에 있는 거는 희속, 1m로 멀어지고, 2m에 있는 거는 희속, 2m로 멀어지고, 3m에 있는 거는 희속, 3m로 멀어진다는 얘기입니다. 저한테 멀어질수록 멀어지는 거리에 정확히 비례하여 그 속도로 멀어지고 있다는 것이죠. 이게 무슨 뜻일까요?

여기서 우리는 두 가지 생각을 해볼 수가 있어요. 한 가지는 정말로 우리가 우주의 중심이고 이유는 모르지만 이 우주에 존재하는 모든 은하들이 우리부터 거리를 잰 다음에 거리에 따라서 딱딱 정확한 값으로 벌어지고 있다는 겁니다. 이게 말이나 됩니까? 이럴 가능성은 물론 없지는 않겠지만 이건 도대체 누군가에게 세팅을 해야 된다는 얘기인데 믿기 어려운 이야기죠. 여기서 허브는 좀 더 쉬운 설명을 내놓습니다. 사실 과학은 여러 설명 방법이 있을 때 더 쉽고 자연스러운 설명을 선택하는 것이 더 합리적이라고 생각하는 그런 항공자. 자, 제가 예를 들어볼게요. 여기 보시면 막대가 있어요. 이 막대에 바로 왼쪽에 제가 서 있고 이게 지구입니다. 그 다음에 은하들이 있죠. 이 은하들이 어떤 식으로 움직이면 저런 상상이 나오냐면 바로 이 막대가 전체적으로 커질 때 저런 일이 벌어집니다. 자, 막대가 전체적으로 커짐에 따라서 보시면 이렇게 팽창하는 이 전체 막대가 팽창하는 걸 볼 수가 있죠. 막대가 팽창할 때 거리도 멀어졌고요. 속도를 본다면 속도란 것은 처음 위치로부터 낮은 위치까지를 일정한 시간으로 나눠보면 됩니다. 즉, 이 화살표의 길이가 속도의 크기가 될 거예요. 지금 보신 것처럼 막대가 전체적으로 팽창하고 있다면 어느 점에서 보든지 언제나 속도는 거리에 비례해서 1차로 커진다는 것을 알 수가 있습니다. 즉, 허브는 좀 더 쉬운 답을 내는 건데요. 지구가 우주의 중심이고 모든 것들이 거리에 따라 자로 잔듯이 일정한 속도로 커지면서 멀어진다는 말단되는 그런 가정보다는 이 우주가 전체적으로 커진다면 우주 어디에서 보든지 거리에 따라 1차의 비례하는 속도로 멀어진다는 것을 보이는 겁니다. 그러니까 가장 쉬운 설명은 우주 자체가 팽창하고 있다는 것이죠.

이 이야기는 제가 처음에 읽었던 논쟁, 즉 정상우주와 팽창우주 논쟁 가운데 팽창우주가 맞다는 것을 희럼적으로 증명하는 뜻입니다. 그러니까 놀랍대로 아인스타인은 원치 않았지만 이 우주는 팽창하고 있다는 뜻이죠. 우주가 팽창하고 있다면 더 놀라운 결과를 우리가 얻을 수가 있는데요. 시간이 흐릴되더라 우주가 팽창을 한다는 얘기는 시간을 거꾸로 돌리면 우주가 수축한다는 얘기겠죠. 즉 팽창하는 우주를 계속 시간을 거꾸로 돌리면 언젠가는 이 우주가 크기가 0이 되는 점이 전자일 거란 뜻입니다. 물론 이럴다는 정도의 뜻입니다. 지금은 팽창하지만 과거에는 막 뭐 뭐 뭐 팽창했다가 뭐 이때부터 막 막 만들 수 있겠죠. 그 다음에 전혀 안 될 수도 있을 거고 뭐 이렇게 기괴한 답을 여러분이 생각할 수 있겠지만 제가 다시 이야기하지만 특별한 증거가 없으면 단순한 답을 찾는 것이 과학입니다. 더더군다나 그 아인스타인의 장방식에 따르면 우주는 이렇게 일정하게 팽창할 수는 있지만 이상하게 행동할 수는 없어요. 자 그래서 팽창우주가 우리에게 이야기해 주는 결론은 우주에는 시작점이 있다는 겁니다.

왜인지는 모르지만 한 점으로부터 우주의 전체 크기가 0였던 지점이 있었을 것이고 그때부터 시작해서 우주는 계속 팽창을 하고 있었고 지금도 팽창을 하고 있다는 것이 허블의 관측이 우리에게 이야기 되는 것이죠. 그래서 우주의 나이를 저희가 대략 추천할 수가 있는데요. 대략 우주의 나이는 138억 년 정도로 추정이 됩니다. 자 이제 여기에 이름을 비치는 일만 남았는데 당시의 사람들이 이 이론을 듣고서 좋아했을까요? 좋아하지 않았어요. 그래서 사람들이란 건 바로 물략자를 말합니다. 왜 좋아하지 않았냐면 우주의 시작점이 있다는 것은 기독교의 우주론과 비슷한 거죠. 신이 우주를 창조했다고 하면 사실 어쩌면 위해서는 좀 오랜 시간 동안 기독교의 종교에 의한 과학과 근데 과학은 좀 부딪힌 적이 많았잖아요. 어쩌다 보니 이 현지에 발견된 이 허블의 이론은 마치 기독교의 어떤 이론을 이론이라고 할 수 있었던 것 같아요. 지지해 주는 듯한 느낌이 있었던 거예요. 실제로 당시 로마의 추기경은 이 빅뱅 이론을 환영합니다. 드디어 현대 과학이 창조론을 증명했다고 환영할 정도였으니까 과학자들은 싫어했어요. 그래서 이 이론을 두고 많은 논쟁이 벌어집니다. 그래서 당시 라디오에 토론 프로였다고 하는데요. 거기에 나왔던 프레드 호일이라는 과학자는 도대체 이게 말이나 되냐. 우주가 한적으로부터 폭발하듯이 빅뱅 하듯이 만들어졌다는 게 말이나 되냐. 이건 말이나 된다라고 비꼬듯이 말할 때 썼던 표현이 바로 빅뱅입니다. 하지만 제가 답변에 감정하지 과학은 불질적 증거에만 기반하여 결론을 내리는 그런 방법입니다. 즉 현재 우주가 편창하고 있다면 우주는 빅뱅이 있었다는 뜻이고요. 그것이 우리의 마음에 들지 않더라도 이건 사실

그래서 이렇게 탄생한 빅병이론이 오늘날 우리가 이해하고 있는 이 우주의 모습이고 현재 우리가 믿고 있는 가장 우주를 기술하는 정확한 이론입니다. 자 여기까지가 빅병이론에 대한 소개고요. 이제 이 빅병이론이 맞다면 추가로 다른 여러가지 사실들을 설명할 수 있어야 텐데요. 그 이야기를 이제 이어서 해보도록 하겠습니다.

양자역과학 계산을 잘 해가지고 우주의 온도가 낮아질 때 어떤 일이 벌어질까를 알아봤더니 빅뱅 상부터, 즉 우주 산전부터 현창을 하기 시작한 이후 38만 년쯤 되었을 때 원자들이 생성되었다는 걸 알게 됩니다 자, 원자에 대해서 우리가 자세하게 공부하진 않았어요 어, 하지만 일단 원자라는 게 뭔지 되어야 된다고 가정할게요 아니면 그냥 따라오셔도 되고요 자, 저희가 지난 시간에는 빅뱅 이론에 대해서 배웠어요 빅뱅 이론이 나오게 되는 배경과 이론적 배경과 그것의 증거 아직까지는 증거가 하나씩 없었습니다 허브이 반칙한 것인 거죠 물론 강력한 증거이긴 해요 그 많은 은하들이 우리 지구를 중심으로 멀어지고 있는데 거리에 비례한 속도로 벌어진다는 건 사실 정말 믿기 어려운 결과죠 그것을 설명하는 가장 쉬운 답은 우주가 전체적으로 팽창하고 있다는 겁니다 더군다나 그렇게 우주가 전체적으로 팽창하는 불안정한 솔루션은 아이스타인의 장방정식의 안정된 해이기도 하죠 그러니까 적어도 악의가 탁탁받기는 해요 하지만 여전히 과학자들은 그 빅뱅 이론이 당장 맞힌지에 대해서 더 많은 증거를 필요로 하고 있었습니다 제가 이야기했듯이 과학은 증거가 쌓여감에 따라 더 단단해지는 학문이기 때문이죠 그렇다면 빅뱅 이론이 맞다면 그것이 의미하는 어떤 다른 결과들이 있지 않을까 그걸 찾아낼 수만 있다면 빅뱅 이론이 더 단단해지겠죠 여기서 두 번째 중요한 증거가 나오고 있습니다 이 두 번째 중요한 증거는 가모프 라는 과학자가 아닌 건데요 가모프는 사실 물리학자들은 부담 유명하지만 일반인들은 거의 잘 모르는 그런 과학자예요 이 가모프라는 사람은 빅뱅 이론을 듣고서 정말 흥미로운 이론인데 이것을 좀 다른 방식으로 물리학자들만의 방식으로

증명할 방법이 없을까? 즉 우주가 만들어져서 계속 팽창을 했다면 이 우주에는 어떤 변화가 순차적으로 일어났을까? 이런 식으로 문제를 접근해 보기 시작한 거예요. 여기서 중요한 건 뭐냐면 우주가 팽창을 할 때 우주의 온도가 바뀝니다. 이게 중요한 단서인데요. 무슨 뜻이냐면 반열 팽창이라는 것이에요. 반열 팽창이라는 것은 완전히 외부와 차단된 어떤 밀폐된 공간이 있을 때 이 공간이 부피가 커지면 온도가 낮아지는 것을 말합니다. 반열 팽창 때문에 지상에 있던 공기가 산축으로 올라갈 때 압력이 약해지기 때문에 부피가 팽창하는데요. 그때 온도가 낮아져서 결국은 수중비가 무의되어 땅에 떨어지는 것이 비가 오는 겁니다. 그래서 잘 알려진 자연상이죠. 우주는 원래 우주의 정의상 우주 바깥이 같은 것은 없어요. 우주가 존재하는 모든 것이기 때문에 다쳐있다고 할 수 있죠. 이것이 팽창을 하면 따라서 온도가 낮아지게 됩니다. 거꾸로 얘기하면 현재 우주를 한정으로 다 모아놓으면 상상하실 수 있겠지만 이 작은 점 하나에 지구 전체를 뚫어넣어도 난리 법석이 날 텐데 이 점 하나에다가 지구와 태양과 우리 은하와 도대체 1도 곱하기 철억 개의 별들을 몽땅 때려다 놓으면 정말 상상할 수 없는 밀도에 무언가 될 겁니다. 아마도 이것의 온도는 상상할 수 없이 높을 거예요. 하지만 우주가 팽창하겠다가 점점 온도가 낮아질 것이고요. 현재 이 우주의 온도는 영하 1의 키시도로 낮거든요. 그러니까 계속 우리가 팽창을 하면서 온도가 낮아졌다는 뜻이죠. 그런데 여러분도 아시지만 온도가 낮아질 때 물질에는 상변화가 일어납니다. 예를 들어 물을 예를 들자면 천도씨의 물은 기체 상태로 있지만 온도가 낮아져서 100도를 지날 때 물로 바뀝니다.

그 다음에 온도가 0도로 지날 때 어르신으로 바뀌죠 이와 같이 물질은 온도가 바뀜에 따라 상 변화를 일으키는데 우주도 마찬가지고 온도가 낮아지면 상 변화가 일어나지 않았을까? 한 겁니다 최종적으로는 현재 살고 있는 우리와 같은 우주가 되어야겠죠 그래서 이제부터 감업은 아직 저희가 배우지 않은 양자의 과학 계산을 잘 해가지고 우주의 온도가 낮아질 때 어떤 일이 벌어질까를 알아봤더니 빅대행상으로서 즉 우주가 한정부터 생창을 하기 시작한 이후 38만 년쯤 되었을 때 원자들이 생성되었다는 걸 알게 됩니다 자 원자에 대해서 우리가 자세하게 공부하진 않았어요 하지만 일단 원자라는 게 뭔지 제가 안다고 가정할게요 아니면 그냥 따라 없어도 되고요 원자가 생겨나게 되면 빛도 같이 생겨납니다 자 어려운 이야기죠 즉 38만 년 전 이전에는 이 물질과 빛이 한데 뒤섞여서 분리할 수 없는 상태로 있었다는 뜻입니다 온라인 우리가 이것을 틀하지 말고 걸리는데요 아무튼 38만 년이 딱 되면 그때부터 원자가 생성되고 그때 빛이 여기서 떨어져 나오면서 우주 전역으로 퍼지기 시작합니다 사실 빛이 있으라는 걸 누군가 이야기했다면 우주의 상생에서 초기한 것이 아니라 38만 년 이후란 뜻입니다 그때 만들어진 빛은 우주를 가득 채웁니다 그리고선 그 상태로 우주는 팽창을 하죠 자 그러면 이 빛은 아직 우리가 빛에 대해 자세히 대해진 않았지만 어떤 일정한 분포를 이룹다 온도가 있을 때 빛은 어떤 일정한 분포를 이루는데 우리가 그것을 빛의 흑체 복사라고 하죠 흑체 복사는 어떤 특별한 주파수의 함수이기 때문에 우리가 이걸 추정할 수가 있어요 그와 같이 만들어진 흑체 복사가 우주가 팽창함에 따라 점점점 상태가 변하여 현재의

우주의 온도 2.7K 혹은 영하 271도인데요. 그 정도 온도가 됐을 때 빛의 분포가 어떻게 되었을지를 추정할 수가 있어요. 많은 어려운 말들이 나오고 있지만 쉽게 얘기해서 우주가 빅뱅으로 생겼다면 현재 우주에는 빅뱅의 증거로써 빛이 전 공간에 있고 그 빛은 굉장히 특별한 분포를 이루어야 한다는 겁니다. 그리고 그것을 측정할 수 있다는 뜻이죠. 이제 남은 일은 이 이론적인 예측을 측정할 수 있으면 되는 건데요. 이 측정이 1964년에 이루어집니다. 여기에는 두 사람의 유명한 물량자가 등장하는데 이분들은 누가 이 생각했는데요. 텐저스와 윌슨이란다입니다. 원래 이 사람들은 당시 마이크로파어라는 새로운 통신 수단인데요. 이걸 이용해서 통신하는 시험을 하고 있었어요. 마이크로파어라는 걸 측정하기 위해서는 거대한 통신기와 풍기가 필요해요. 그래서 사진에 보시는 것처럼 굉장히 거대한 장치로 되어 있는 통신기와 풍기가 보일 겁니다. 이걸 가지고 이제 송수신 시험을 하고 있었던 것이죠. 이런 시험을 할 때 중요한 것은 노이즈를 뚫이는 거예요.

처음에는 노이즈가 많거든요. 노이즈를 점점 줄여서 서로 통신을 잘할 수 있을 때까지 계량을 해야 되는데요. 놀라운 일이 아무리 계량을 해도 어느 시점까지는 노이즈를 줄일 수 있었는데 그 다음부터 어떤 노이즈는 아무리 해도 쓸어 줄지 않는 거예요. 사실 왜 그럴까. 그래서 별들을 다 했다는 얘기가 나와요. 나중에 올라가봤더니 저 스신기 안에다가 새가 알을 났답니다. 그 새집을 치우니까 노이즈가 좀 없어졌어요. 그런데 온갖 짓을 해봤지만 주변에 노이즈를 만드는 장치가 있나 혹시 미군에서, 그러니까 미국이니까요. 혹시 비밀위에 실험을 하고 있나 온갖 거를 다 고려해봤지만 절대로 없어지지 않는 노이즈가 있었던 거예요. 그런데 몰랐기도 이 사실을 다른 물량자와 이야기하는 과정에서 바로 감호부가 이야기했던 우주 전체에 깔려있는 어떤 배경 복사 복사란 말은 빛을 얘기하는 건데요. 배경에 깔려있는 어떤 빛이 있다는 사실이기 때문이다. 그것은 우주 전공간에 있기 때문에 어느 방향으로 보더라도 빛이 보일 것이고 빛은 전자기파의 일종이라서 이런 회신기에는 노이즈를 살펴버린 거란 말입니다. 그래서 이들은 결국 자신들이 발견한 노이즈는

또는 다른 나쁜 소스가 만들어내는 노이즈가 아니라 이 우주에 있는 빅댕의 진모로서 우주에 메아리 치고 있는 바로 배경 복사, 체복사라는 것을 알게 됩니다 그래서 이들은 이 업적으로 노베의 물리학상을 타려야죠 자 이제 우리는 그 허브울의 관측뿐만 아니라 빅댕이 있었다면 존재할 것으로 예측되는 우주 배경 복사까지 측정한 게 증거가 2개가 된 거죠 훨씬 좋아진 겁니다 증거가 하나일 때랑 2개일 때랑은 많이 다르거든요 물론 그 노이즈가 정말로 우주 배경 복사인지에 대해서 의문을 갖을 수 있어요 다른 이유로 그 우주에서 노이즈가 올 수도 있잖아요 그것들을 없애려면 좀 더 정확히 우주에서 오는 노이즈를 측정할 필요가 있는데요 사실 우주 배경 복사를 직접 보는 방법이 있습니다 지금은 아마 집에서 사용하는 텔레비전 여러분 텔레비전 많이 안 보시죠? 요즘은 다들 인터넷으로 영상을 보지만 옛날에는 정말 먼 옛날에는 제가 어릴 때에는 이렇게 브라운관로 되어 있는 TV를 봤어요 브라운관 아닐 때에는 제가 직접 안테나에서 수신된 전파로 텔레비전을 보는 시절이 있었습니다 지금도 그렇게 보일 때가 가끔은 있죠 위성으로 수신하라고 하면 이렇게 지치지직거리는 노이즈를 볼 수 있어요 이 노이즈 안에는 우주 배경 복사가 꽤 들어있습니다 그래서 이미 여러분들은 아마 이런 사례를 보셨다면 우주택형 목소리로 눈으로 분명 오게 되세요.

우주 배경 목사를 직접 측정을 좀 제대로 해보자는 그런 아이디어가 나왔어요 펜저스 윌슨의 실험은 지구에서 그냥 지구에서 우주에서 오는 여러 방향에서 오는 그런 잡음을 측정했더니 모든 방향에서 잡음이 존재하더라 이거 하나만 본 겁니다 하지만 좀 더 정확한 내용들이 필요해요 그것이 정말 가모부가 얘기한 흑체 목사가 맞다면 우주에서 온 흑체 목사가 맞다면 어떤 특정한 주파수의 분포를 이뤄야 하기 때문입니다 만약에 그런 주파수의 분포까지 측정을 하여 우주의 온도까지 예측할 수 있다면 그리고 예측된 온도가 실제 우주 온도와 같다면 이건 정말로 우주 배경 목사의 성들이 아주 크겠죠 그런 측정을 하기 위해서는 지구에서는 너무나 노이즈가 많기 때문에 우주 밖으로 나가야 했고요 그래서 우주 밖으로 나가서 우주 배경 목사를 측정하는 그런 실험이 이루어집니다 그래서 지금 보시는 바와 같이 여기 많은 점들이 찍혀있고 빨간색 선이 이렇게 뜨거워 있거든요 이 빨간색 선은 이론적으로 예측한 우주의 온도가 절대 온도 2.74K일 때의 그런 배경 목사의 분포입니다 검은색 점은 바로 이 우주에 나간 인공위성이 측정한 빛의 분포죠 지금 보시는 것 같이 소름 빛만큼 두 개가 완벽하게 일치를 하죠 어떤 이상한 이유겠어요? 어떤 이상한 이유 때문에 이렇게 특정한 주파수의 빛을 이런 식으로 전 우주 공간에 누군가 만들어놓지 않았다면 물론 불편을 합니다 우주 공간 전체를 이 정도의 빛으로 채우려면 태양이 표정되어 있어도 안 돼요 누군가 이런 짓을 해야만 하는데 그게 아니라면 이 분포는 빅뱅이 있었기 때문에 빅뱅이 있으며 만들어진 빛이 우주의 평형을 이루고 그 흑체 복사가 지금까지 팽창하여 2.7K일에 이룰기 때문에 만들어진 복사다라는 것이 이 분포의 전체를 채우는 것입니다

데이터를 선정하는 가장 쉬운 방법인 것입니다. 그래서 이것은 우주에 빗댕이 있었다는 두 번째 강력한 증거가 되죠. 하지만 여전히 이것이 충분히 자는 사람들이 있어요. 사실은 지금 말씀드린 저 우주 배경 복사 측정은 혼자 있는 일이 아니라 저 코베라는 위상을 띄워야 되는데요. 그 측정을 통해서 흑체 복사와 일치한다는 것을 보이는 저 업적으로 2006년 노베이 상에 주어진다. 이 부분이 그 의상 받으신 분들이고요. 정말 이별 말로 움직일 수 없는 증거죠. 이 빨간색 곡선과 데이터가 완벽하게 일치를 하고 있죠. 이제 흑체 복사는 빗댕에 강력한 증거가 되었습니다. 하지만 여전히 물력자들은 그렇게 만득을 모르는 사람들이라서 다시 또 우주로 나갑니다. 이것보냐는 우주에 있는 빛의 분포를 잼 것만 가지고 충분히 자산합니다. 분포를 물론이 아니라 공간적으로 전 방향에서 오는 빛이 정말로 고르게 오고 있는지 그 극정 방향에서 많은 빛이 오는 게 아니야 이럴 수도 있잖아요. 그래서 이제 우주에서 전 방향에서 오는 빛이 정말 그 이런 식으로 분포를 측정하기 위해서 WMAP이라는 그런 인공형이 사러 올라갑니다. 이건 윌킨슨 마이크로웨이 터나에서 투어키풀인데요. 이것이 올라가서 우주로 측정했더니 굉장히 균일하게 우주의 전 공간에 도운다는 사실을 알게 돼요. 그리고 그것의 주파수 분포는 이론치와 정확히 일치하죠. 이제 만들고 싶지 않으신가요?

물량자들은 완전히 만족스럽지 않아요 또 뭐가 문제냐면 사실 아까 이론 데이터들 제가 보여줬잖아요 이 데이터를 보시면 이게 제가 우주가 균일하다고 했잖아요 근데 이게 균일하긴 해요 색깔이 약간 다르지만 색깔이 지금 분포를 말하는 건데 이건 굉장히 작은 양의 분포의 대화를 보여주는 거예요 정확히 얘기하면 데이터에 대해서 10만 분의 1 정도 약단이 지그지그 거립니다 10만 분의 1인지 물론 100만 분의 1인지 10만 분의 1인지 이것을 좀 더 측정해봐야지만 이것이 약간 어긋난다는 게 중요해요 약간 어긋난이 없었다면 사실 우주가 처음부터 균일하고 평창하는 동안 계속 균일했다면 우주에는 별이 생길 수 없습니다 지금처럼 어딘가에는 별이 있고 어딘가에는 빈 공간이 있고 어딘가에는 은하가 있고 어딘가는 비어있잖아요 물론 비어있는 것이 많습니다 우주는 텅 빈 공간이 많고 여기저기 이렇게 은하가 있고 은하 안에는 별이 있고 별이 있고 별이 이렇게 비처럼 지구가 있고 색화성이 있고 그렇잖아요 이렇게 무언가 만들어지기 위해서는 그들이 한 대 뭉쳐야 되는데 그들이 뭉치기 위해서는 시드가 될 만한 뭔가 불안정성이 있어야 돼요

강력하게 고른 상태에서는 우주는 그냥 완벽하게 고른 수사원자들이 아주 완벽하게 고르게 있는 상태로만 생창할 거란 얘기죠 지금처럼 별들이 만들어지기 위해서는 우주에 약간의 약간의 이런 지불거림이 있어야 하고 지불거림이 너무 많은지 적은지가 굉장히 중요한데요 우리가 예측하고 있는 것보다 너무 지불거림이 많거나 적으면 이 세상의 모습은 지금과 상당히 달라질 수 있어요 그래서 은하가 지금보다 훨씬 더 밀도가 적게 존재하거나 존재하지 않거나 결정할 수 있기 때문이죠 그래서 2009년에 다시 정밀한 측정을 위해서 플랑크 위성이 하늘로 올라갑니다 안타까운 일이지만 플랑크 위성이 측정한 결과는 누리상은 받지 못해요 왜냐하면 빅댕 이론이 말하는 바가 여전히 맞다 이게 다기거든요 그러니까 틀리가 안 됐으면 누리상이 맞겠지만 여전히 맞고 훨씬 더 정리를 측정했지만 그 예측한 대로 지불거림이 예측한 딱 그 정도라는 걸 알게 됩니다 그래서 이제는 빅댕 이론에 의한 이 우주 배경 복사 문제는 완벽하게 빅댕 이론이 맞다는 걸 보여주고 있어요 이제 우리는 움직일 수 없는 부활의 증거를 가지고 있습니다 즉 우주가 한 점에서 출발했다는 뜻은 허브리만한 우두의 팽창에서 오는 것이고요 두 번째는 우두가 팽창이기 때문에 그 안에 존재하는 빛이 현재 특정한 분포와 특정한 지불거림이 있어야 하는데 그건 모두를 다 측정한 것이죠 그래서 이제 빅댕 이론은 우리 시대의 우리가 우주를 이해하는 가장 중요한 이론이 되었습니다 그래서 코베 위성부터 시작해서 W맵 플랑크로 이루어지는 사실 이 몸을 하나 띄우는 것도 쉬운 일이 아니지만 오로지 이 흑체 배경 복사를 측정하기 위해서 위성들을 띄우는 것에 대해서 우리 인류의 호기심이 더 나아가다 할 수도 있고요 결국 이런 노력을 통해서 이 우주가 빅댕에서 시작됐다는 것을 정확히 보기 때문에 아주 의미 있는 일이었다고도 할 수가 있겠죠 자 이제 우리는 이 우주가 어떻게 시작할지

다 안 것 같은데요. 아직까지 문제가 남아있습니다. 그 문제에 대해서 우리가 다음 시간에 더 이야기 해볼까죠.

Oh, oh, oh.

이제는 너무나 보편적을 수 있는 단어고요. 이건 이제 있어야 하는 기능이 되었어요. 이게 없으면 현장할 수 없는 게 너무 많습니다. 아직도 우리는 암흑물질이 뭔지 몰라요. 즉, 암흑물질이라고 이야기할 때에는 우리가 알고 있는 물질이 아니라는 뜻입니다. 우리가 아는 물질은 저희가 되어지지 않았지만 원자로 되어 있거든요. 주기일 때의 원자로 되어 있습니다. 즉, 이 암흑물질은 우리가 알고 있는 원자로 되어 있지 않은 어떤 물질이라는 뜻이에요. 그래서 물리학을 넘어서는 그런 것입니다. 물론 우리가 알고 있는 것 중에 어떤 것일 수도 있어요. 아직은 수많은 추측만 나오고 있지만 아직 모르고요. 지금까지 우리가 빅뱅 우주론에 대한 두 가지 증거에 대해서 이야기했어요. 첫 번째는 허블에 의해서 우주가 팽창하고 있다는 증거였고요. 그리고 두 번째는 빅뱅이 있었다면 그러면 현재 우주의 대성 부자가 특별한 분포를 이뤄야 하는데 그걸 극정해서 얻을 수 있었다는 것이죠. 이제 우주에 대해서 다 이해한 것 같지만 언제나 그렇듯이 이 자연은 우리에게 항상 또 다른 미스터디를 주기 마련입니다. 지금은 현재 우주론이 궁금한 것까지 문제들을 짚어보고 싶은데요. 일단 첫 번째.

은하에 대해서 우리가 좀 더 많은 것들을 알게 됩니다. 즉, 마음이 점점 좋아지자 은하를 이루고 있는, 은하를 보는 것만이 아니라 은하가 어떻게 운동을 하는지, 그 안에 별들이 어떤 속도로 움직이는지 이런 것도 점점 알게 되는 거죠. 그래서 1970년대가 되면 은하에 대한 많은 정보들이 없어서 은하의 운동을 알 수 있게 되었는데요. 이때 롤러온 일이 벌어지죠. 자, 이 은하라는 것도 결국은 이 태양 주위를 도는, 태양 주위를 지금과 돌고 화성이 돌듯이 은하도 마찬가지로 은하 중심에 무언가 있고, 그 주위를 희망한 별들이 돌고 있습니다. 자, 이때 이 별들의 운동은 캐플러 법칙 혹은 뉴턴 법칙에 의해서 완벽하게 어떻게 될지 다 할 수가 있어요. 하지만 관측된 은하의 운동을 가만히 보니까 저기 그림에 보시는 것처럼 예측된 속도의 본포가 있는데 이런 정도 속도로 돌아와준다는 본포들이 있는데요. 그것에 비해서 실제 관측된 은하의 회전 속도는 훨씬 빳았습니다. 자, 이것이 무엇을 의미하냐면 만약에 뉴턴 역학이 맞다면, 뉴턴이 말하는 중력 법칙이 맞다면 실제 이 안에는 훨씬 더 많은 별들이 있어서 더 무거워야 한다는 거예요.

그런데 관측된 별들을 아무리 봐도 그 정도의 별이 있지는 않거든요 처음에 이 결과에 대해서 사람들은 의식을 많이 했습니다 뭔가 잘못됐을 거야 그렇죠? 더군다나 주장을 했던 사람이 베라 루딘이라고 하는 여성과학자죠 여성이기 때문이 아닐 수도 있지만 아무도 당시 이 학설은 별로 받아들이지 않았고요 뭔가 잘못했을 거라는 이야기들을 많이 했습니다 오늘날 우리가 알기로는 관측은 정확한 거였고요 뉴튼 역학에 뭔가 문제가 있는 거죠 물론 여러분은 이럴 때 두 가지 입장을 취할 수 있습니다 첫 번째, 뉴튼 역학이 틀렸다 이게 첫 번째 가능성이고요 굉장히 이걸 하니 싶지 않겠죠 여러분이 뉴트로 통화하자 하니까 이런 말을 함부로 확인하셨고요 두 번째는 뭐냐 하면 뉴튼 역학은 맞고 그렇다면 여기에는 더 많은 별이 있어야 하는데 보이지 않잖아요 보이지 않는 별이 있어야 한다는 겁니다 즉 우리가 관측할 수는 없지만 무언가 진량을 가진 것들이 이 안에 아주 많이 있어야 한다는 건데요 그게 뭔지는 모르기 때문에 이름을 딱히 줄 수가 없으니까 여기 재미있는 이름이 붙습니다 바로 암흑물질이라는 이름이 붙죠 암흑물질은 이제는 너무나 보편적으로 쓰이는 단어고요 이건 이제 있어야 하는 지경이 되었어야 이게 없으면 설명할 수 없는 거 많습니다 아직도 우리는 암흑물질이 뭔지 몰라요 즉 암흑물질이라고 이야기할 때에는 우리가 알고 있는 물질이 아니라는 뜻입니다 우리가 아는 물질은 저희가 배우지 않았지만 그 원작으로 되어 있거든요

- - - - - - - - - - 그런데 꼭 그렇진 않아요. 자 우주에 있는 이 은하와 별들 사이에 작용하는 힘은 종력밖에 없습니다. 종력은 서로 당기는 힘이죠. 그러니까 서로 당기고 있음에도 불구하고 팽창한다는 얘기는 처음에 누군가 강한 힘으로 밀어냈다는 뜻이죠. 이렇게 이해하시면 될 것 같아요. 현재 모든 물체는 지구 중력에 의해서 땅으로 당겨지고 있습니다. 하지만 여러분이 이 물체를 하늘을 향해 던지면 원래 물체는 땅으로 당겨야 되지만 제가 처음에 강한 속도로 던졌기 때문에 하늘으로 날아갈 수가 있죠. 이게 팽창한다는 뜻이에요. 하지만 결국은 중력의 힘 때문에 올라가다가 올라가다가 올라가다가 다시 땅으로 떨어져야 됩니다. 그래서 중력으로 당기고 있는 이 우주가 팽창을 시작했다고 해도 계속 서로 당기기 때문에 이 팽창은 점차 중화가 될 것이고요. 결국은 다시

처음으로 모여서 한 점으로 다시 만나게 되는 이런 가능성이 있습니다. 이 크런치라고 부르는데요. 그러니까 아주 이해하기 좋은 우주입니다. 이렇게 되는 우주가 팽창했다가 팽창했다가 팽창했다가 하지만 처음에 팽창하기 시작한 초기 속도가 너무너무 강했다면 이건 돌아올 수가 없습니다. 여러분이 너무너무 세게 물체를 던지면 지금 돌아올 수가 없잖아요. 마찬가지로 그때는 끝없이 팽창만 하게 됩니다. 그래서 이런 가능성도 있어요. 이걸 누가 결정하냐면 우주에 들어있는 총 물질의 양 총 질량이 얼마인지가 이 우주의 운명을 결정하게 됩니다. 그래서 사실 몇 년 전만 해도 우주에 있는 전체 물질의 양이 얼마일지를 놓고서 많은 문제가 있었어요. 그게 결정이 되는 순간 우주의 운명이 결정되기 때문이죠. 저 같은 사람들은 팽창과 수축을 반복하는 우주를 좋아해요. 그러면 누군가 시작적으로 만들 수가 없잖아요. 그것이 팽창 수축을 반복하고 있으니까 시작적으로는 원래 없는 겁니다. 지금의 팽창에 시작이 있을 뿐이죠. 하지만 팽창 수축은 영원히 반복되니까 많은 물량자들이 이런 동네의 우주를 좋아했지만 이건 사실 우리가 좋아한다고 되는 건 아니고요. 실험적 증거가 필요한 것이고 이 문제에서는 우주에 존재하는 물질의 총량의 예측이 중요했던 것이죠. 그런데 그런데 오늘 아고싶지 시험적인 달과는 우리의 예상에 뛰어놀는 달과는 없다.

무슨 뜻이냐면 우주가 어떤 방식으로 팽창을 해왔는지를 알아낸 방법이 있기 때문에 서두래의 이야기에서는 현재 우리의 팽창만을 이야기했기 때문에 과거의 팽창도 그냥 일정한 속도로 팽창했을 거라고 설명하는 게 제일 쉽다고 그랬죠 하지만 정확하게 과거의 팽창 속도로 제일 방법이 있다면 우리는 그걸 실험을 통해서 알 수 있다는 뜻입니다 놀랍게 그런 방법이 있어요 멀리 있는 별은 지구까지 오는데 많은 시간이 걸립니다 예를 들어 백만 광년 떨어져 있는 별은 지구까지 오는데 백만 광년이 걸립니다 그러니까 우리가 현재 보는 백만 광년 떨어진 별의 모습은 백만 년 전의 모습이라는 뜻이에요 사실 멀리서 오는 별의 정보로부터 우리는 과거의 우주에 대한 정보를 얻을 수 있다는 뜻입니다 그래서 그런 식으로 시간을 넘나드는 이런 실험들을 통해서 과거에 어떤 식으로 우주가 팽창했는지를 우리가 알 수가 있었고요 거기서 나온 결과는 모두가 직목을 잡지 않은 모두가 예상하지 않았던 그런 결과가 나오게 됩니다 바로 이 우주는 가속 팽창해왔다는 거예요 이런 식으로

이건 진짜 이야기 힘든데 그냥 팽창하는 게 아니라 점점점점 속도가 빨라진다는 겁니다 이건 절대로 있을 수 없어요 왜냐하면 우주의 물질들은 서로가 서로를 담기기 때문이죠 서로가 담기기 때문에 처음에 한번 팽창을 탁 시키고 더 이상 대입하지 않았다면 무섭든 속도는 느려져야 해요 단지 이 느려지는 양상이 충분히 해서 다시 만나게 될 건지 충분하지 않아서 계속 팽창할 것인지에 차이만 있을 뿐 가속해서 팽창하는 것은 도저히 가능하지가 않습니다 하지만 이 관측 결과는 너무나 강력한 관측발리로였고 우리가 믿을 만한 데이터였기 때문에 여기에 2011년 노벨당이 지워집니다 우리는 이해할 수 없는 결과를 갖고 있어요 이 우주가 팽창하는 것은 맞는데 가속해서 팽창을 해야 한다는 뜻입니다 이거는 쉽게 얘기해서 분명 말고 뭔가 서로 밀어내는 힘이 있어야 한다는 얘기에요 서로 밀어내기 때문에 계속 가속할 수 있는 것이지 밀어내는 힘이 없으면 이런 일이 벌어질 수 없다는 뜻이죠

이건 아무 글씨가 어려운 문제입니다. 아무 글씨는 그래도 중력을 찾고 있는 그런 글씨리라 예측할 수 있는 특성들이 있는데 이건 도저히 예측할 수 없어요. 밀어내는 힘을 갖는 그런 중력은 없거든요. 그래서 이 정체 모를 어떤 존재 우주를 가속 팽창하게 만드는 우주를 밀어내는 이런 무언가가 이 우주에 있어야 하기 때문에 여기다가 또 멋진 이름이 주어지는데 바로 암흑에너지 암흑에너지라는 이름이 붙습니다. 그래서 암흑에너지의 아이디어는 저희가 정상우주와 팽창우주 논쟁을 얘기했던 게 있나요? 그때 우주가 팽창하는 걸 싫어했던 아인스타인이 손으로 우주 상수를 도입해서 우주가 팽창하지 않도록 만들었다고 얘기했잖아요. 그런 종류의 일을 하는 겁니다. 그래서 어떤 상수를 집어넣어서 우주가 빠르게 팽창하게 만들 수 있거든요. 그 상수가 의미하는 바는 그 상수를 만들어내는 어떤 에너지가 우주 전체에 골게 퍼져있다고 하면 된다는 뜻이죠. 그래서 정체 모를 그 에너지에 정체를 모으니까 어둠

에너지는 물질이잖아요. 에너지는 진량을 갖다 보겠죠? 암흑 에너지가 있는지는 모릅니다. 가속행창을 일으키기 위해서 이런 게 있으면 대천하게 이해할 수 있다는 뜻이지 저희가 찾은 증거들은 암흑 에너지가 있다는 증거가 아니라 가속행창한다는 것만이 사실이죠. 그러니까 다른 가능성이 있을 수 있어요. 그래서 놀랍대로 우주는 암흑으로 가득하다. 우리가 모르는 것으로 가득하다. 그래서 아직도 할 일이 많다는 겁니다. 그 여분 가운데 이 암흑 물질, 암흑 에너지의 정체가 무엇인지를 알아내는 그런 과학자가 있으면 좋을 것 같아요. 아무튼 이 우주는 빅뱅으로 시작되었고 현재 가속행창하고 있습니다. 이는 모르지만

그렇게 다섯 창을 하다 보면 저희가 대중복사, 우리 대중복사 이야기를 할 때 잠깐 안고 있었지만 우리가 생창하면서 온도가 낮아지고 그때 향전위가 일어난다고 그랬죠? 향전위가 일어난다고 그랬죠? 향전위는 원자가 만들어진다고 그랬고 원자가 만들어질 때 빛도 동시에 만들어졌다고 그랬어요 그때 만들어진 원자가 어떤 것들이냐면 바로 이때 가보부가 등장하겠죠? 바로 이 빛된 이론부터 빛의 존재를 이야기했던 사람이니까요 가보부는 당연히 빛만 연구한 것이 아니라 빛과 같이 만들어진 원자도 연구했습니다 그때 만들어진 원자는 주로 헬륨과 수소였어요 그런데 과연 이 헬륨과 수소가 어느 정도의 양이 만들어질 것이냐 이들이 어떤 식으로 반응할지 같은 걸 알면 좋을 텐데 당시 만들어져 있었던 양적합을 이용해서 그렇다면 이 계산을 하게 됩니다 제가 자세한 얘기는 하지 않았지만 이때 계산을 통해서 알아낸 헬륨과 수소의 비율이 있어요 이때 만들어진 수소와 헬륨이 지금도 옅더니 우주에 거의 대부분이 이루기 때문에 이 비율이 우주에 존재하는 수소와 헬륨의 비율이어야 하는데요 놀랍게도 이때 계산된 이 비율대로 잔 대 우주에 수소와 헬륨이 존재합니다 사실은 이것이 빛된 이론로는 세 번째 증거예요 우주에 존재하는 수소와 헬륨의 양을 우리가 알 수 있는 한 측정을 했을 때 얻어지는 값이 정확히 이 장각과 일치해야 하기 때문이다 뿐만 아니라 이렇게 얻어진 수소와 헬륨 밖에 없었다면 이 우주에는 수소와 헬륨 밖에 없어요

여러분 아시지만 우리 몸통화리는 수소와 일류므로 돼있지 않습니다. 수소와 일류므로 많이 들어있지만 탈모도 필요하고요. 철도 필요하고 질소도 필요하고 산소도 필요하죠. 그렇다면 이런 원자들은 언제 만들어졌을까? 자 이에 대해서는 또 다른 과학자가 가부치게 됩니다. 빅뱅 이후 우주에 만들어진 원자들은 수소와 일류밖에 없었습니다. 그러면 다른 원자들은 어떻게 만들어졌을까? 바로 별이 만들어집니다. 별이. 자 별이 만들어지기 위해서는 먼저 많은 원자들이 모여야 되죠. 특히 당시에 빅뱅 이후 존재했던 원자들은 수소와 일류밖에 없었으니까 수소들이 모여야 합니다. 그건 놀랍지 않아요. 왜냐하면 수소들은 서로 중력으로 당기기 때문이죠. 모든 물질들은 질량이 있다면 중력을 느끼기 때문입니다. 그래서 수소들이 모이기 시작하는데요. 제가 자세한 얘기를 나중에 할 텐데요. 일단 이렇게 수소들이 모이게 되면 처음에는 양이 적겠지만 아주 많은 수소가 모이면 이것들이 서로를 눌러서 높은 압력과 높은 온도가 됩니다.

오븐오븐 높은 온도가 압력이 되면 수소들 실이 서로 진립이 시작해서 서로가 융합을 하기 시작하는데요. 원래 이런 일은 잘 일어날지 않지만 이 땅에서는 이런 벽에서 일어날 수가 있어요. 그때 수소의 융합이 일어나면서 막대한 에너지가 나옵니다. 바로 이것이 별이 내는 에너지죠. 태양과 같은 별이 내는 에너지는 바로 이렇게 수소 원자들이 서로 융합하여 만들어지는 에너지를 융합하는 겁니다. 이 사실은 한수배체라는 사람이 안 했고요. 나중에 이 업생으로 노베 물리학상을 합격합니다. 자 그래서 이 동영상은 별이 만들어지는 과정을 보여주는 건데요. 한번 보세요. 아주 아름다운 모습입니다. 그래서 수소들이 모여서 등록을 돌면서 수용벌들을 그리다가 한 대로 딱 모여 들어가서요. 점점점점 가스들이 모이고 빛이 생기는 걸 볼 수가 있고요. 일단 이렇게 별이 생길 때 이 주변에 링 모양의 주위를 돌다가 중앙으로 모이지 못하고 떨어져 나오는 링들이 있어요. 그 링을 링대로 돌다가 그 자리에서 부딪힙니다. 바로 그것들이 별 주위를 둔 행성이죠. 그 중에 하나가 지구입니다. 그래서 우리 지구는 그렇게 만들어진 것이죠.

사실 제가 지금 이렇게 원자 이야기를 자꾸 하고 있는데 아직 원자 구조 얘기를 한 번도 안 했기 때문에 잠깐 원자 구조를 얘기를 할게요. 그래서 원자는 이렇게 원자 핵과 그 주변에 전자로 되어 있습니다. 그래서 지금까지 이야기하는 원자라고 할 때는 이 원자 핵을 주고 이야기하는 거죠. 원자 핵에 들어있는 저 양성자와 중성자 가운데 양성자가 몇 개 있는지 가 그 원자의 특성을 나타내는 거죠. 양성자가 하나 있으면 수소, 양성자가 둘이 있으면 헬륨 이런 식이죠. 제가 이 얘기를 다시 할 테니까요. 지금 이 정도 사진만 알고 싶다 하겠습니다. 그래서 이 원자에 들어있는 양성자 개수를 가지고 주위의 토라고 하는 원자의 이름을 주는 편인데요. 이 지구상 또는 이 우주에는 이렇게 많은 원자들이 있어요. 이 많은 원자들은 다 어디서 만들어졌느냐는 바로 별에서 만들어진 겁니다. 사실 아까 제가 잠깐 이야기했듯이 1번, 2번 즉 수소와 필름은 직댕 때 만들어졌어요. 그리고 이들이 모여서 융합되면서 그 아래에 있는 여러 원자들을 만들어낸 거죠. 이 표는 주위표의 원자들이 어떤 방식으로 만들어졌는지를 말하는 겁니다. 그래서 핵 안에서 벌어지는 융합에 의해서 만들어진 것들도 많이 있고요. 그다음에 저 높은 원자 번호에 있는 것들은 훨씬 더 복잡한 과정으로 만들어집니다. 이 결이 폭발한다고나 이럴 때 만들어지고 표심성이 폭발한다고나 그렇게 만들어진다. 그래서 우리 몸에 있는 많은 원자들은 사실 별이 폭발할 때 만들어진 것들이 많아요. 표심성이 폭발할 때 만들어진 것들이 있다. 그런 것들이 우주공간으로 쫙 뿌려진 다음에 지구의 위치에서 돌다가 모여서 이렇게 인간이 된 겁니다. 그래서 우리 같은 인간은 사실 별에서 온 존재. 우리는 모두 별에서 온 존재다. 이런 말을 할 수 있겠다.

실제로 우주에 존재하는 원자들은 예를 들어서 태양계의 원자 구성기인데요. 원자 번호가 커진에 따라서 덤덤덤덤 그 양을 줄어들어요. 왜냐하면 처음에는 수소와 헬륨이 없었고 그것들이 모여서 계속해서 다음 원자들을 만들어내기 때문입니다. 지금 이 표에서 보시면 이 세로축이 로그스케일이라고 되가지고요. 이 한 칸에 엑제시킬이거든요. 사실상 대부분은 다 99% 넘게 다 수소와 헬륨이죠. 나머지를 가지고 나눈 원자들을 나눠 갖고 있는 건데요. 이렇게 당장하고 싶은 것은 이렇게 많은 원자들은 별 내부에서 융합을 통해서 만들어졌다. 자, 지금까지 이야기를 삼으러서 저희가 우주에 대해서 하시는 시간에 대해서 했고요. 마지막 시간에는 남아있는 흥미로운 이야기를 삼으러서 이번 관계를 받도록 하려고 합니다.

you

여기 별이 있는데 그 주위를 행성이 돌고 있다고 해봅시다 그때 우리가 이 별을 망원경으로 보고 있다면 빛을 보는 거잖아요 그 빛의 밝기가 일정하지 않고 변화가 있을 수 있어요 그래서 볼 것처럼 일정하다가 어느 순간 툭 잡아줬다가 다시 커져요 자 오늘 저희는 우주에 대한 이야기를 하고 있는데요 남은 시간에는 앞에서 하기부터 했지만 흥미로운 우주에 대한 이야기 그래서 제가 제목을 우주의 안실신잡이라고 잡았어요 일단 우주라고 했지만 저한테 중요한 건 태양계죠 태양계에서 제일 큰 건 태양이고요 그 다음은 목성이고 그 지구는 태양과 목성에 비하면 굉장히 작은데요 여기 제가 그 계약의 크기를 써놨는데요 대충 얘기해서 목성은 지구의 10대쯤, 반지름이 10대쯤 큰 거고 태양은 지구보다 한 100배쯤 큽니다 반지름이 100배쯤 얘기는 태양은 지구보다 국기가 한 100만 100% 크죠 그러니까 갑자기 태양과 비교하면 지구는 굉장히 작은데요 그런 걸 알 수가 있어요

사실 저희가 가장 관심 있는 것 중에 하나는 다른 외계에도 이 지구와 같은 조건의 행성이 있을까? 아마도 외계인들이 그렇잖아요. 외계인이 살 수 있는 혹은 우리 지구인이 살 수 있는 그런 행성이 있을까? 아마 이런 것들이 우주에 대한 여러 질문 중에 실제로 많은 분들이 관심이 있다는 질문이 있는데 우리가 그것을 지구형 행성이라고 합니다. 지구와 비슷한 조건의 행성이 있을까? 지구형 행성이 되기 위해서는 가장 중요한 조건이 태양과의 거리입니다. 즉, 별과의 거리죠. 우리에 대한 태양이들만 다른 곳에서는 그곳에 별이 있겠죠? 태양과 같은 별이. 그래서 별부터 이 태양부터 이 현상까지의 거리가 가장 중요한 요소예요. 물론 이 별 자체가 얼마나 뜨거운지 밝은지 안 열렸비겠죠. 그래서 그것이 정해지고 거리가 정해지면 그 위치에서의 온도 같은 것들이 정해집니다. 우리가 아는 한 물이 있어야지만 생명체가 있거든요. 우리가 아는 지구에서는 그래요. 그래서 물이 액체 상태로 전지하기 위한 정도의 온도가 필요하다고 믿고 있는데 0도에서 100도 사이 정도의 온도가 있어야 되는 그런 정도의 위치가 어디일까? 이게 이걸 알아야 되는 거죠. 문제는 그 별은 볼 수가 있지만 별 주위를 도입하는 행성은 보기가 굉장히 힘듭니다.

사실 저 먼 일계에서도 태양은 볼 수가 있지만 지구를 보기는 어려워요. 지구는 빛이 되지 않거든요. 지구가 태양을, 별은 빛이 반사하는 정도 가지고는 보일 수 있지 않아요. 하지만 우리 윤리학자들은 혹은 서문학자들은 놀랍게도 다른 별에 있는 행성이 있는지를 아스트릴 수 있는 그런 방법을 찾았습니다. 제가 두 가지 알려드릴 텐데가 첫 번째 방법인 거예요. 여기 멀리 별이 있는데 그 주위를 행성이 돌고 있다고 해볼게요. 그때 우리가 이 별을 망원경으로 보고 있다면 빛을 보는 거잖아요. 그 빛의 밝기가 일정하지 않고 변화가 있을 수 있어요. 그렇게 보면서 일정하다가 어느 순간 툭 작아졌다가 다시 커져요. 이런 일이 반복됩니다. 일정한 식으로. 그렇다면 그 순간 이 별 앞을 행성이 지나고 있는 것인지도 몰라요. 행성이 빛이 약간 다렸기 때문이죠. 사실 이게 말이 그렇지. 그 거대한 별에서 오는 빛이 있는데 그 앞을 진짜 먼지만한 행성이 지날 때 그것이 빛이 얼마나 줄어들까요? 특히 저 멀리 있는 별에서 오는 빛이 그 자체가 굉장히 작은 것 같을 텐데 그걸 지구에서 보고 있을 때 그것이 조금 줄어들었다고 한들 그 아는 것이 비윤일까요? 저는 이런 비유를 듣는데요. 여러분 야구장 가보셨나요? 야간에 야구장 가보시면 위에 막 큰 전등들, 세트라이트를 막 치고 경기를 하는데 그때 그 앞을 모기 한 마리가 날아간다면 모기 때문에 세트라이트에서 오는 그 빛이 조금 줄어들 거예요. 그렇겠죠? 그 빛이 줄어든 정도를 측정할 수 있을 만큼 우리가 정확한 그 빛의 측정 장치가 있다면 그 측정 장치에 빛을 세기만 가지고 모기가 한 마리 지나갔는지 두 마리 지나갔는지

별대 지나갔는지를 알 수 있을 거라는 이야기죠. 꿈같은 이야기지만 실제 이런 방법을 통해서 우리가 멀리 있는 별의 행성의 존재 여부를 공개 알아내고 있습니다. 그래서 이것이 데이터인데요. 같은 것처럼 별의 소원의 빛을 알기가 쭉 쏙쏙어진 시점에 보이죠. 이때 그 앞을 행성이 지났다는 것이죠. 정말 놀라운 일이에요. 이거 알게 되면 주기를 알 수 있습니까? 공전 주기를 알 수 있고요. 공전 주기를 알면 테플로스 반복치에 의해서 우리가 거리까지도 알 수가 있어요. 그러니까 이제 행성이 어디에 있고 그 거리를 발출하고 별의 발출으로부터 온도를 알 수 있다면 그 별이 지구형 행성인다는지를 알 수 있다는 뜻이죠. 또 한 가지 방법이 있는데 또 한 가지 방법은 자 여기 변이 혼자 있을 때랑 별 주위를 행성이 돌고 있을 때랑은 약간 차이가 있습니다. 사실 별이 아무리 무겁다고 해도 모든 물체 모든 물체는 중력 때문에 도는 건데 중력은 안 되나 죽어받는 거거든요. 힘은 안 되나 죽어받는 겁니다. 그렇기 때문에 사실 지구도 태양 주위를 돌고 있지만 태양도 지구 때문에 약간 움직이고 있어요. 물론 워낙 태양이 무겁기 때문에 움직임이 무실만 하지만 태양도 지구 때문에 약간의 움직임이 생깁니다.

우리가 결의 관치를 통해서 결이 그대로 있지 않고 뭔가 약간 좌우로 움직이는 그런 움직임이 있다면 어딘가 행성은 있다는 뜻이겠죠. 그러면 이게 어떻게 알아낼 수 있습니다. 그래서 지구로부터 그런데 지금 그렇게 망원경이 좋아했던 뜻이죠. 그래서 지금 이야기한 이런 방법들을 다 이용해서 행성이 있는지 없는지, 입다면 어느 정도 거리에 있는지, 그것으로부터 저것이 지구형 행성인지 아닌지, 인간이 살 수 있는 행성인지 아닌지 이런 것들을 알아낼 수 있는 그런 관계에 온 것입니다. 이렇게 놀라운 이런 방법들을 개발한 사람들에게는 뭔가 상을 줘야 되지 않을까요? 아무튼 이렇게 그 지구형 행성, 특히 외계 행성이라고 하는데요. 외계 행성을 반칙할 목적으로, 오로지 이 목적으로만 그 임몽경이 하늘로 날아갔고요. 스키저라는 그런 인공성인데, 이건 아예 망원경 역할을 한 거기 때문에 텔레스코프가 불러요. 스키저 망원경이 하늘로 올라간다. 그래서 2003년에 초거대 저재선 망원경을 찍고 올라간 이 인공성이 지금 말씀드린 그런 방법으로 많은 외계 행성들을 관측하게 돼요. 물론 노트 순영이기 때문에 2009년까지 다 미션을 맞췄고요. 지금은 그렇게 높은 해상도에 의해하지 못하지만 아직 죽지 않아서 자기 임무를 수행하고 있어요. 그래서 이와 같이 지구에서 멀리 있는 절 근처에 행성 존재를 파악할 수 있는, 여부를 알아낼 수 있는 이런 방법을 개발한 공로로 2019년 노베 물량상에 주어집니다. 이분들 덕분에 우리는 굉장히 많은 외계에 있는 행성들을 찾았어요. 그 행성들 가운데 어딘가에 있는 행성체가 있을지도 모르죠. 재미있는 이야기 아니에요? 두 번째 재미있는 이야기 드릴게요. 두 번째 재미있는 이야기입니다. 재미있는 이야기는 바로 이 발의 사진으로 뜻하는데 이걸 보시면 어떤 위치인 건 발이거든요.

곰보라고 하죠. 수많은 분화구가 아니라 얻어맞은 다른 화상현상이 없어요. 밖에 있는 흔집들은 다 외계에서 날아온 소행성들이 부딪힌 겁니다. 사실 다른 지구를 돌고 있기 때문에 가루 이 모양 꼴이라면 지구도 비슷한 정도로 붙었던 얘기죠. 지구에는 왜 이런 게 없어요. 왜냐하면 지구에는 기상현상이 그대로예요. 지구는 비가 오고 바람이 불구하기 때문에 이렇게 수많은 곰보 자국이 있었겠지만 다 쉽게 없어진 겁니다. 하지만 다른 기상현상이 없으니까 바로 얻어맞은 소행성의 흔적을 그대로 가지고 있어요. 이것이 우리에게 주는 교훈이 뭐냐면 지구도 이만큼이나 엄청나게 많은 소행성에 그들겨 받았을 거란 이야기입니다. 그리고 또 이런 소행성이 언제고 지구를 때릴 수 있다는 뜻이죠. 이건 무서운 내용입니다. 실제로 이 동영상은 2013년 2월 15일 지금의 러시아에 첼리아리스키라는 곳에 소행성들이 우울을 쏟아지는 것을 찍은 동영상이에요. 2013년이면 이제 수많은 사람들이 스마트폰이 있기 때문에 여기저기서 촬영을 해서 떨어지는 소행성들의 사진이 많이 쏘는 동영상이 많이 나와 있습니다. 무서운 사진이고요. 이렇게 보시면은.

빗나무에서 사라지는 하나하나가 다 작은 소행성들인데요. 근데 이게 사실 사라졌으면 다행히 어떤 것들은 땅에 떨어지는 것도 있었고요. 땅에 떨어져서 이제 그 자척으로 도농자가 신경 얻어맞으면 사고가 날 수 있겠죠. 다행히도 이제 큰 사고가 없었어요. 사람이 죽고를 하지 않았는데. 더 솔직한 일은 만약에 이런 것들이 원래로 부정성같은데 떨어진다면 큰 사고가 일어날 수 있죠. 근데 지금 보여드린 것처럼 지금도 이런 소행성이 지구에 떨어지는 것은 일어나는 일이다. 이걸 말씀드리려고 이 동네 상황을 보여줍니다. 그래서 만약 정말 그 거대한 소행성이 지구에 떨어진다면 지구에는 큰 재앙이 될 수가 있어요. 아마 아시는 분도 계시겠지만 그 공룡이 멸동한 이유가 지구에 떨어진 소행성 때문이거든요. 소행성 때문에 지구의 기후가 한동안 변화가 있었고요. 굉장히 추워졌다고 하죠. 따뜻한 기후에서만 살 수 있었던 공룡들은 몇 년째 계속 영화의 날씨가 계속되자 가셔버립니다. 물론 그렇게 온도가 떨어지게 되면은 공룡만 죽는 것이 아니라 흐많은 식물들이 살 수가 없어요. 식물이 죽으면 산소로 불쾌지고요. 그럼 다른 동물이 안 되는 게 좋겠습니까. 아무튼 그런 재앙이 지구에 있었고 그 재앙 속에서 공룡이라는 종 자체가 지구에서 멸동한 것이었죠. 만약 그런 일이 지금 벌어진다면 인간도 사회가 쉽지 않을 뻔할 수 있기 때문에

그의 나라들은 소행성을 미리 관측을 하고 혹시라도 집을 떨어지지 않도록 할 수 없을까? 이런 신앙을 가지고 미션집 1차트라는 것이 시작됩니다. 2005년에 미국에서 소행성을 탐지하고 그 근처에 접근해서 탐색하는 그런 인공위성화가 필요하죠. 놀랍게도 이 소행성과 관련해서 가장 발전된 기술을 가진 나라는 일본입니다. 그래서 그 25143 이소카와 라는 소행성이 있어요. 소행성은 대견한 사람한테 이런 비판을 주는데요. 이건 자가가 안 보이니까. 마홍령을 가지고 레시피 하늘을 보는 아마추어들이 대견을 할 수 있기 때문에요. 그래서 일본 사람이 달려는 소행성이에요. 당시 일본에서는 이 소행성을 직접 찾아가서 찾아가서 여기에 착륙을 하는 그런 놀라운 미션을 시작합니다. 이게 얼마나 어려운 일이냐면은 여러 가지 비유로 이 상황을 이야기하는데요. 대충 이런 걸 할 수 있어요. 총알이 날아가고 있는데요. 이 총알을 총알 쏴서 총알을 마치는 거예요. 이 정도 일을 하는 겁니다. 나가오는 소행성을 인공위성으로 승리하겠다는 얘기는 이 총알을 총알을 마치는 거랑 비슷한 상황인데요. 이걸 하기 위해서 2003년에 미국에서 화야부사라는 인공위성을 개발합니다. 그리고 놀랍게도 2005년 9월에 착륙에 성공을 하고요. 그부터는 돌아와야 되는데 소행성의 샘플을 채취했거든요. 돌아올 때 정말 고생을 합니다. 이게 눈써로 돌아왔어요. 고생고생 뜻에 내가 5년의 시작이 맞춰서 집의에 귀환을 하죠. 당시 우리나라에서는 이렇게 큰 뉴스를 다르지는 않았어요. 일본 사람들은 이런 일은 전 세계에서 처음 했던 일이기 때문에 굉장히 자랑스러운 일을 생각하고 있고요. 화야부사를 제대로 한 드라마도 있고 노래도 있고 화야부사는 일본인들에게는 정말 자랑스러운 우주 개발에 있어서 일본의 큰 성취를 보여주는 사건입니다.

그래서 또 한 차례 두 번째 제 리션이 시작되는데 이번에는 162173199이라는 또 다른 소행성고요. 이 소행성 창륙을 위해서 하야부사 2호가 왔습니다. 하야부사 2호는 2019년 성공적으로 도킹에 또 성공을 해요. 현재까지 이렇게 성공적으로 인공성을 보내서 그것이 소행성의 창륙에 성공한 나라는 것만 같습니다. 그리고 2020년 12월 5일에 귀환을 하는데요. 원래 목표는 2020년 여름에 귀환하는 거였어요. 왜 그때 귀환을 하기로 되어 있었냐 하면 그때 일본이 원래 올림픽을 하기로 되어 있었거든요. 또 올림픽 기간 중에 귀환을 함으로써 일본의 영광을 드리는 게 목표였지만 여러 가지 문제로 귀환이 뒤져졌고 또 이때가 코로나 때문에 올림픽이 연기됐습니다. 아무튼 안 가까운 게 없죠. 일본에게는. 하지만 이 두 번째 하야부사하고도 성공적으로 인사를 마치게 돼요. 일본은 사실 왜 이렇게 소행성에 집착하는 걸까요? 이제 물론 그냥 과학적인 승리 때문일 수 있어요. 이것은 지금 일본의 하야부사 2호가 류호구에 성륙하는 장면을 보고 있습니다. 올라오는 거죠. 인공상에 싹 가서 성륙과 동시에 바로 떨어져야 되는데요. 충돌할 수 있습니까? 그러면서 점프를 택시해 올라오는 모습인데요. 일본은 왜 저렇게 소행성에 목숨을 걸고 열심히 연구를 더 뛰어들고 있는가 뭐 여러 가지 추천을 할 수 있겠지만 단순히 연구 목적만은 아니라고 생각하고 있습니다. 이건 뭐냐면 세계 지도에 표시한 히카루 원소들의 분포입니다. 히토를 하는 것은 말 그대로 히토 히비한 토 히크 이란 뜻이죠. 지구의 아주 주문 원자들을 말한다. 놀랍더라도 이 지구의 주문 원자들은 가지 양이 작지만 있긴 있는데요. 고르데 있지 않고 어떤 특정한 데에만 모여 있어요. 지금 그림에 보신 것처럼 대부분이 중두에 있습니다.

여러가지 성능할 수 있을 것 같아요. 중국이 특별한 나라가서 거기에 스토리가 한데 모였다? 이렇게 이상하다. 과학자들의 생각은 이렇습니다. 지구에 없는 원소들이 많이 있는 곳은 지국 없습니다. 아마도 소행성 가운데 하나가 사로를 관측하는 어떤 소행성이 중개 떨어진 거죠. 아마도 이것이 스토리오 원자들이 한데 모여있는 가장 그렇듯한 선정 방법일 거예요. 그렇다면 하늘에 뻗어내고 있는 소행성 가운데에는 지구에 없는 그런 원자들을 많이 품고 있는 소행성이 있지 않을까요? 사실 이 스토리오 원자들이 얼마나 중요한지는 아마 여러분들이 아실 거예요. 스마트폰이나 잔재 장치를 만들 때 꼭 그런 스토리들이 있습니다. 그 스토리오를 중국이 독선하고 있기 때문에 다른 나라도 함부로 대할 수 없어요. 중국이 스토리오를 수출 안 하는 순간 그 나라의 모든 선관상은 올 수 없답니다. 실제로 일본과 중국이 우리가 일본과 우리나라가 독서 때문에 각 문제가 되는 것처럼 문제가 되는 기억이 있거든요. 그 스토리오를 수출 안 하는 순간

이 지역을 누구서로 참여한 갈등이 더졌을 때 일본이 한번 꼬리를 내리고 그냥 모든 걸 포기한 적이 있습니다 그때 중국이 어떤 무기를 내리었냐면은 스트로스쿄를 금지하겠다는 거였어요 스트로스쿄를 금지하면은 일본은 그 다음 나이부터 모든 전자당치의 생사를 중단해야 할 때입니다 그래서 일본이 눈물을 머금고 한 발 소체한 적이 있었는데요 아마도 그것이 일본이 이렇게 소행성에 도착한 이유인지 몰라요 이번만 이렇게 열심히 하는 건 아니고요 일본이 저렇게 계속해서 소행성 3사에 성공하자 이제 미국도 미국이 가장 우유를 강북이잖아요 미국도 이제 피식회라는 그런 3사선을 만들어서 2023년 10월 13일에 발사를 했고요 예정대로 진행된다는는 2029년 8월에 도착할 예정입니다 그러니까 사실 소행성에 대한 참사하는 일이 경쟁이 시작됐다고 볼 수 있죠 결국 이 소행성을 참사하는 문제는 마치 대항의 시대 때 유럽 열강들이 새로운 신 대륙을 시작해서 거기서 수많은 자원을 채취해오는 그런 문제랑 비슷한 기계를 문제일 수 있어요 한술로 한술로 쏟아지는 소행성은 아무 의미 없는 그런 작은 천체일 수 있지만 그것이 기구에 없는 천체 전체가 소행성 전체가 금일 수 있고요 전체가 다이온틴일지 모르고요 전체가 아주 귀한 일이지믜요

그곳에 먼저 갈 수 있는 과학기술을 하는 나라가 그런 자원을 확보할 수가 있겠죠. 마치 대항해시대의 우리 조선의 선조, 우리 선조들도 대항해를 하고 싶었겠지만 대항해를 할 과학기술이 없었죠. 바다를 나갈 수 있는 집도 없었어요. 지금도 하늘을 떠다니면서 서행성에 만약에 많은 자원이 있다면 서행성을 향륙하여 자원을 채차할 수 있는 나라가 먼저 그 자원을 확보할 것입니다. 그런 의미에서 지금은 제2의 대항해시대인지를 몰라요. 과연 우리가 그런 기술을 갖고 있는지? 우리는 조선시대의 조상들과 얼마나 다른지를 생각해보는 상황이 될 것 같아요. 그래서 오늘 이 우주에 대한 이야기는 수많은 제가 얘기했었어요. 감사합니다.

*thud*