[과학을 읽다]우주탄생 비밀을 벗어제낀 삼총사

앨런 구스, 안드레이 린데, 존 코벡 교수 노벨상 수상 가능성

▲나사의 갤렉스(Galaxy Evolution Explorer)가 촬영한 NGC 6744. 우리 은하와 가장 비슷하게 생겼다.[사진제공=NASA/JPL-Caltech]

[아시아경제 정종오 기자]우주탄생 비밀을 풀어놓은 삼총사가 올해 노벨상을 받을 수 있을까. 우주 탄생 비밀에 대해 인플레이션 이론을 정립한 앨런 구스, 이를 정교하게 만든 안드레이 린데, 그리고 최근 이를 관측적 증거로 입증한 존 코벡 교수가 올해 노벨상을 수상할 가능성이 커졌다.

벌써부터 우주과학계는 흥분하고 있다. 최근 하버드 스미스소니언 천체물리센터(Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics)의 존 코벡 교수가 우주배경복사를 발견했기 때문이다. 우주배경복사는 대폭발(빅뱅, BigBang) 이후 현재까지 남아 있는 것으로 여겨지는 흔적이다.

우주탄생은 빅뱅이후 급속하게 팽창(인플레이션 이론)하면서 현재의 모습을 갖췄다는 게 학계의 정설이다. 우주는 빅뱅이후 밀도와 온도가 너무 높아 빛조차 빠져나올 수 없는 대혼란기였다. 이후 밀도와 온도가 적정 수준으로 내려가면서 빛이 빠져 나오기 시작했다. 이때 빠져 나온 빛을 우주배경복사(빅뱅으로부터 38만년 이후)라 한다.

따라서 우주배경복사를 발견했다는 것은 이론으로만 존재하던 빅뱅과 인플레이션 이론을 강력하게 뒷받침하는 증거이다.

존 코벡 교수가 이번에 발견한 우주배경복사는 매사추세츠 공과대학교(MIT)에서 입자 물리학으로 박사학위를 받은 앨런 구스(Alan Guth)에서부터 시작됐다. 1979년 앨런 구스는 우주가 태어난 직후 아주 짧은 시간 동안에 급격한 팽창을 겪었다고 발표했다. 이른바 인플레이션 이론이었다. 우주가 순식간에 너무나 커져버렸기 때문에 우리가 볼 수 있는 우주는 전체 우주의 지극히 작은 일부에 불과하다.

구스의 인플레이션 이론은 우주가 편평하다는 것을 보여주었다. 인플레이션 이론은 우주는 엄청난 크기로 팽창됐기 때문에 우리가 보는 우주는 편평할 수밖에 없다는 것이다. 지구가 둥글다는 사실을 우리는 잘 알지만 우리가 볼 수 있는 영역에서만 본다면 거의 편평하다. 우주도 마찬가지다. 설사 우주 전체가 휘어져 있다고 해도 우리가 관측할 수 있는 공간은 전체 우주의 극히 일부분에 지나지 않기 때문에 편평한 공간으로 간주할 수 있는 것이다.

구스의 이론은 러시아출신의 스탠포드대학 안드레이 린데(Andrei Linde) 교수에 의해 정교해진다. 린데의 '혼돈 인플레이션(chaotic inflation)'이라고 불리는 이론은 공간의 전체 모양과 은하들의 형성을 설명해 주고 있다.

우주는 어떻게 만들어졌고 별과 행성들은 또 어떤 과정을 거치면서 지금의 모습을 갖췄을까.

지금으로부터 138억 년 전, 우주대폭발인 빅뱅이 일어난다. 빅뱅 이후 찰나의 시간(10의 33제곱분의 1초)에 우주는 팽창하기 시작한다. 이때 우주의 밀도와 온도는 지나치게 높아 어느 하나 앞으로 어떻게 될지 모르는 대혼돈 상태였다. 이후 밀도와 온도가 조금씩 낮아지면서 빛이 빠져나오기 시작했고 이후 수소와 헬륨가스가 생성됐다. 이어 빅뱅으로부터 3억~4억년 뒤 수소와 헬륨으로 별과 행성이 만들어지게 된다.

▲우주배경복사를 발견하는데 남극에 설치된 바이셉2 망원경이 큰 역할을 했다.[사진제공=NASA/JPL-Caltech]

이번에 우주배경복사를 발견하는 데는 남극에 설치된 바이셉2(BICEP2, Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2) 망원경이 큰 역할을 했다. 바이셉2는 우주배경복사 흔적을 찾기 위해 만든 망원경이다.

이강환 국립과천과학관 박사는 "우주배경복사에 대한 후속 관측이 계속 이어질 것"이라며 "이번에 발견한 우주배경복사는 중력파에 의한 간접적인 것인데 앞으로 중력파를 직접 발견하는데 까지 이를 것"이라고 설명했다. 이 박사는 "올해 노벨상에 앨런 구스, 안드레이 린데, 존 코벡 교수 등 세 명이 수상할 가능성이 크다"고 덧붙였다.

안도현 시인은 '우주'라는 시(詩)에서 "잠자리가 원을 그리며 날아가는 곳 까지가/잠자리의/우주다//잠자리가 바지랑대 끝에 앉아 조는 동안은/잠자리 한 마리가/우주다"라고 썼다. 아직 우리는 무한한 우주의 크기와 지금도 팽창하고 있는 모습을 정확히 파악할 수는 없다.

'우주비밀을 풀기 시작한' 삼총사가 조금씩 해법을 찾아냈고 앞으로 전 세계적으로 이와 관련된 연구에 속도가 붙을 것이다. 전체 우주에 견주면 보이지 않을 정도, 먼지도 되지 않는 지구에서 우리는 우주의 탄생과 비밀, 외계 생명체에 대한 연구를 진행하고 있다. 우주 탄생의 비밀을 푸는 것과 함께 안도현의 시처럼 '우리가 원을 그리며 날아가는 곳까지가 우리의 우주이고 당신이 서 있는 그곳이 당신의 우주'이지 않을까.