인류 최대의 미스테리 우리는 어디서 왔는가 빅뱅 그 다음에는?

허블 망원경으로 우주들이 멀어지고 있음이 관측 되었다. 그 말은 우주는 어딘가의 한 점에서 시작 했다는 말이다. 이 우자가 시작한 일을 빅뱅이라고 한다. 하지만 빅뱅 이전에는 어떤 일들이 무엇이 존재했는지 알 수가 없다. 관측 할 수가 없기 때문이다. 누군가는 빅뱅이 시작되며 시간도 함께 시작 되었다고 믿고 있다. 

태양과 그 인근의 모든 별들은 은하수에 속해 있다. 1924년 전까지만 해도 은하수는 은하수 하나라고 믿어져 왔다. 194 에드윈 허블은 또 다른 은하수들이 우주에 존재한다고 설명했다. 실상 그랬다 수 없이 많은 은하수들이 존재했고 이를 증명하기 위해 다른 은하수와의 거리를 측정해야 했다.

 

 

태양계 다른 별들의 거리를 측정하는 법은 태양이 지구를 도는 법을 관측하여 별들이 위치를 바꾸는 것에 대입하여 거리를 산출 할 수 있었다. 하지만 다른 은하수들은 너무 멀리 있었다, 근방의 별들과는 달랐다. 그냥 보기에는 안 움직이고 고정된 것 처럼 보였다. 허블은 어쩔 수 없이 간접적인 방법을 써 거리를 측정해야만 했다. 

 

현재 가장 밝은 별의 모습은 두가 요인에서 기인한다. 발광도와 거리가 얼마나 우리와 떨어져 있느냐. 근방의 별들은 밝기와 거리를 측정할 수 있으니 발광도를 밝혀낼 수도 있다. 다르게 이야기 한다면,  다른 은하수에 위치한 별들의 발광도를 알고 있다면 외형 밝기를 측정해 거리를 알아 낼 수 있을 것이다. 허블은 우리 별과 거리가 가까워 졌을 때 똑같은 발광도를 유지하는 별이 있다고 주장했다. 그 별이 충분히 가까이 왔을 때 발광도를 측정 할 수 있다는 것이었다.

 

 

 

만약 이게 사실이라면 이런 별을 다른 은하수에서도 찾을 수 있다면, 그리고 이 별들이 똑같은 발광도를 가지고 있다고 가정한다. 그렇게 하면 거리를 계산할 수 있게 된다. 이런 계산을 다른 갤럭시의 별들에 꾸준히 적용해 계산하고, 그 계산값이 오차가 없다면 측정에 대한 확신을 갖게 되는 것이다. 그렇게 에드윈 허블은 9개의 다른 은하수들의 거리를 측정했다. 

 

우리는 이제야 우리가 살고 있는 은하수가 수백억개의 은하수 중 하나라는 것을 알고 있고 다른 은하수들을 망원경으로 관찰 할 수 있다. 각 은하수에는 수백억개의 별이 또 존재한다. 우리가 살고 있는 은하수는 약 1억 광년의 속도로 아주 천천히 돌고 있다. 

 

 

중심을 기준으로 우리 은하수의 바깥 쪽은 일억 광년마다 한 번씩 돌고 있는 것이다.  우리의 태양은 평범하고, 평균 크기에 노란 색 별이며 은하수 끝 변방에 위치하고 있다. 아리스톨레스와 프톨레마이오스 시대로 부터 오랜 길을 따라와 지구가 우주의 중심이 아니라는 사실을 밝혀 냈다. 

 

어떤 별들은 너무 멀리 있어서 마치 핀으로 고정해 둔 것처럼 보인다. 그런 별들은 크기도 거리도 알 수가 없다. 그러면 어떤 별들이 얼마나 멀리 떨어져 있는지 어떻게 알 수 있을까? 대다수의 별들에 대해서 우리는 단 한가지 정확한 특징만을 우리가 관찰 할 수 있다.  별들이 내보내는 빛의 색깔이다. 뉴턴은 빛이 프리즘을 통과할 때 색이 분할 된다고 말했다. 무지개처럼 말이다. 스펙트럼이다. 망원경으로 한 개의 별이나 은하수를 집중적으로 관찰하면 빛의 스펙트럼을 관찰 할 수가 있다.

 

 

 

다른 별들은 다른 스펙트럼을 가지고 있다. 하지만 다른 색깔의 상대적인 밝기는 빛나는 빨간 열기를 관찰 할 수 있다. 이 말은 빛의 스펙트럼을 통해 각 별의 온도를 알 수 있다는 것이다. 더 나아가, 어떤 특정한 색깔이 없는 것을 관찰 할 수 있는데, 이건 별 마다 다르다. 우리는 각 화학 원소가 어떤 특정한 색깔을 흡수 하는 것을 알 수 있다. 그러므로 스펙트럼에서 사라진 빛을 하나씩 맞춰가면 별들의 대기권이 어떤 원소로 이루어져 있는지 알 수 있게 된다. 

 

 

1920년 천문학자들이 망원경으로 다른 은하수를 바라보다 굉장이 이상한 것을 발견하게 된다. 우리 은하수의 별들에게서 관측이 되지 않는 것처럼 똑같은 특징이 있었다, 하지만 그 모든 것들은 스펙트럼의 붉은색 쪽으로 모두 밀려나가 있었다.  합맂벅인 설명은 다른 은하수가 우리 은하수로부터 멀어지고 있다는 것이다. 이게 도플러 효과이다. 도로를 지나는 차들의 소리를 들어보자.

 

 

차가 가까워질수록 엔진 소리가 점점 커진다 음파의 더 높은 주파수 때문이다. 그러다 이 차가 지나서 멀리가버리게 되면 소리는 작아진다 주파수가 낮아지는 것이다. 빛이나 방사형 파동 또한 비슷하다. 실제로 경찰들은 도플로 효과를 사용하였는데, 라디오 주파스의 진동폭의 주파수를 측정하여 자동차의 속도를 측정 할 수 있었다. 

 

다른 은하수를 발견한 다음 해, 허블은 다른 은하수와 거리와 스펙트럼을 분류하기 시작했다. 당시에는 은하수가 매우 불규칙하게 움직인다고 생각했었다, 그래서 푸른 쪽으로 이동하는 것과 붉은 색으로 이동하는 많은 스펙트럼을 찾을 수 있다고 생각했다. 결과는 놀라웠다. 모두 적색편이를 보인다는 것이었다. 모든 은하수가 우리보다 더 멀어지고 있다. 적색편이가 우연히 나타난 것도 아니고 일정했다. 먼 은하수 일 수록 더 빠른 속도로 우리와 벌어지고 있는 것이다. 그리고 은하수 간의 거리는 지금 이 순간에도 멀어지고 있다. 

 

이 발견은 20세기 인류과학사에 족적을 남길 만한 것이었다. 그 전까지는 심지어 뉴튼도 이런 사실을 깨닫지 못 했다. 결국 퍼지고 있는 우주이기에 중력의 힘이 부족에 한 점으로 모이지 못 한 것이다. 우주는 영원히 팽창할 것이다. 로켓을 발사 했을 때 그 힘이 중력보다 약하면 로켓은 떨어진다. 더 빠른 속도로 날아가면 중력도 이를 어쩌지 못 한다.  사실 이 부분은 뉴튼도 알 수 있었던 부분이다. 하지만 당시 시대에 움직이지 않는 우주에 대한 믿음이 너무 강렬해 중력에 대해 설명하면서도

 

이 부분까지는 생각히지 못 했다. 심지어 아인슈타인이 1915년 일반상대성 이론을 발표했을 때도 우주는 움직이지 않는다고 믿었다. 이 부분을 뭉뚱그려 자신의 이론에 맞춰 생각하려 했다. 하지만 모든 과학자들이 움직이지 않는 우주에 집착할 때 러시아의 물리학자 알렉산더 파리드만이 등장해 이 모순을 풀어내려 했다.