* 우주의 생성
우주는 진공에서 에너지가 폭발하며 생겼다.
따라서 처음에는 우주에 오로지 에너지만 있다가, 이 에너지로부터 입자가 생기고, 이 입자들이 모여서 원소가 생기고, 이 원소들이 모여 은하, 별, 행성들이 만들어졌다고 한다.
* 우주의 나이
팽창하는 우주는 원래 우주가 하나의 점이었다가 폭발했다는 빅뱅 이론으로 자연스럽게 연결됐고, 관측결과도 이를 뒷받침함에 따라 오늘날 거의 대부분의 천문학자들은 빅뱅이 분명히 있었다고 믿고 있다. 허블의 발견 이래 지난 60여년 동안 천문학자들은 허블상수 즉 우주의 팽창률을 정확히 측정하는 일에 매달려왔다. 먼 은하의 후퇴속도와 거리를 재면 허블상수를 구할 수 있고 이 허블상수를 통해 쉽게 우주의 나이와 크기를 알 수 있기 때문이다.
허블망원경의 최우선 임무도 허블상수를 오차 10% 범위 안에서 정확히 구하는 것이다. 이 임무는 두개의 국제공동연구팀에게 맡겨졌고, 지난 94년과 96년 중간결과가 발표됐다.
결과는 충격적인 것이었다. 우주에서 가장 늙은 별보다도 허블상수로 구한 우주의 나이가 훨씬 젊게 나왔다. 아이가 부모보다 나이가 많은 괴상한 결과가 나온 것이다. 여류 천문학자 프리드먼 박사팀에서는 허블상수(단위 ㎞/초/1백만파섹)가 68～78로 나오고 있다. 이는 3백26만 광년 떨어진 천체가 지구로부터 초속 68~78㎞ 정도의 속도로 멀어져가고 있음을 뜻한다. 이 결과를 현대 과학지식을 총동원해 만든 표준우주모형에 대입하면 우주의 나이가 90억년이란 결과가 나온다.
세계적 원로 천문학자인 앨런 샌디지 박사팀은 허블상수가 57이라고 다소 적은 결과를 내놨다. 이는 우주의 나이가 약 1백15억년임을 뜻한다. 천문학자들은 대체로 프리드먼 박사팀의 결과를 더 신뢰하고 있지만, 어쨌든 두개 팀의 연구를 종합하면 우주의 나이는 90~1백15억년 사이인 1백억년 정도라는 결과가 나온다. 그동안 천문학자들은 허블상수를 정확히 구하지 못했기 때문에 방사성 동위원소의 반감기나, 별의 진화이론을 이용해 우주의 나이를 측정해 왔다. 이런 방법을 통해 우리 은하계에서 가장 늙은 별의 집단인 구상성단의 나이가 1백50억년인 것으로 추정돼왔다. 우주의 나이가 최소한 1백50억년은 된다고 생각해왔던 천문학자들에게 우주의 나이가 1백억년 밖에 안된다는 허블상수 연구팀의 결과는 청천벽력과 같은 소리였다.
연세대 이영욱 교수와 천문대 박장현 박사는 다음달 10일 미국천문학회가 발간하는 천체물리학회지에 또하나 놀라운 연구결과를 발표한다. 이 논문은 우리 은하 바깥에는 우리 은하의 구상성단보다 더 늙은 은하들이 있으며, 이 가운데 하나인 거대 타원은하를 별의 진화이론을 통해 분석한 결과 구상성단보다 이 거대은하의 나이가 30억년이나 많아 우주의 나이가 최소한 1백90억년은 된다는 것이다. 이영욱 교수는 “허블상수로 구한 우주의 나이가 실제 우주의 나이로 생각되는 1백90억년보다 훨씬 적은 것은 표준우주모형의 수정이 필요하다는 점을 말해주고 있다”고 말한다. 그는 아인슈타인이 상대성이론을 발표하면서 제안했다가 우주가 팽창한다는 사실을 나중에 알고 폐기해버린 반중력(=우주상수)을 부활시켜야 나이의 문제가 해결된다고 믿고 있다. 즉 현재의 표준우주모형은 우주에서 물질들 사이에는 서로 당기는 중력만이 존재하는 것으로 보고 있지만, 이는 잘못이고 중력과 반대방향으로 서로 미는 반발력이 있다는 것이다. 그러나 그 반발력이 무엇인지는 아직 아무도 모르는 상태이다. 프리드먼 박사팀과 함께 허블상수를 구하는 일을 했던 서울대 이명균 교수는 “최근 허블망원경을 통해 과거와 비교할 수 없을 정도로 정확한 우주 관측자료가 나오면서 우주의 나이 문제는 매우 심각한 문제로 부상하고 있다”고 말했다.
먼 공간에 흩어져 있는 은하들의 분광사진을 망원경으로 찍어 보면, 그 속에 나타난 흡수선(검은 선)의 위치가 그 본래의 위치로부터 붉은 쪽(즉 파장이 보다 긴 쪽)으로 옮겨져 있음을 알 수 있는데, 이는 빛을 내는 먼 은하들이 우리에게서 멀어져 가고 있기 때문에 일어나는 현상으로 풀이된다. 이 때 길어진 파장의 값으로부터 그 은하가 우리로부터 멀어져 가는 후퇴속도를 계산할 수 있다(도플러의 법칙).
1929년 미국의 천문학자 E.허블은 은하들의 후퇴속도가 거리에 비례하여 늘어난다는 사실을 밝혔다. 이것을 허블의 법칙이라고 한다. 이 법칙에 따르면 거리 1억 광년에 있는 은하는 초속 3000 km, 10억 광년인 은하는 초속 3만 km로 멀어져 가고 있는 셈이다. 이 법칙을 이용하면, 멀리 떨어진 은하의 분광사진을 찍어 그 후퇴속도를 계산하여 거꾸로 그 거리를 추정할 수 있는 방법도 있음을 알 수 있다. 한편 우주 팽창의 앞날에 관해서는 오늘날 많은 학자들이 관측사실로부터 추정을 하고 있으나, 이 팽창의 앞날을 좌우하는 것은 오늘날 관측되는 물질(즉 우주를 구성하는 수많은 은하들)의 밀도이다. 즉 우주물질의 밀도가 어떤 한계값과 같거나 더 작을 때는 우주의 팽창은 영원히 계속되고, 반대로 이보다 클 때는 장차 어느 시기에는 팽창속도가 0이 되어 그 후는 우주가 수축을 하게 된다는 것이다. 그 까닭은 은하들의 후퇴운동(즉 우주의 팽창속도)이 그들 사이의 인력으로 감속되기 때문인데 그 크기는 은하들의 질량과 거리, 따라서 물질의 밀도에 따라 다르기 때문이다.
그런데 현재까지 관측된 은하들의 자료만으로 계산된 우주의 물질밀도는 위의 한계값에 미달하므로 우주의 팽창은 영원히 계속될 가능성이 있는 것으로 추정되지만, 아직까지 관측되지 않은 물질(어두운 천체, 검은구멍 즉 블랙홀 등)이 있을 가능성도 있다. 그러므로 우주의 팽창의 앞날에 관해서는 아직 확실한 결론을 내릴 수 없다고 보는 편이 타당할 것이다. 우주개발, 우주여행 등으로 우주란 말이 흔히 쓰이고 있지만, 이 때의 우주는 인공위성이나 로켓이 도달할 수 있는 외계공간의 뜻으로 생각해야 하며, 실질적으로는 태양계 안의 공간을 뜻한다고 볼 수 있다.
