미스테리 끄새

youtu.be/Hvc2Ur4Mdtg 앨퍼, 베타, 가모프가 제창한 ‘알파-베타-감마’에 대한 논문이 우주가 팽창하는 역동적이라는 것을 알려주었지만 과학계의 최전선에 있는 주류 과학자들은 우주의 팽창을 여전히 선뜻 받아들이지 않았다. 사실 현재와 같은 거대한 우주가 폭발로 생겨났고 단 5분(3분) 만에 모든 물질이 만들어졌으며 현재도 우주가 부풀고 있다는 것을 인정한다는 것이 간단한 일은 아니다. 하지만 그들이 르메트르의 우주 모형에 단단한 물리적 배경을 입혔는데 학자들이 이의를 제기하는 것은 헬륨보다 무거운 원소들이 만들어지는 과정을 설명하지 못했기 때문이다. 그들의 지적에 앨퍼는 헬륨보다 무거운 원소를 만드는 일은 계산만으로 보이는 것이 미진하다고 생각하지 않을 수 없었다. 문제는 헬륨 다음으로 무거..

youtu.be/ScrsJVL6Wgg 빅뱅 이후를 설명하는 것은 비교적 수월하다. 우주의 역사를 담은 필름을 거꾸로 돌려보면 여섯 단계의 중요한 사건들과 만난다. 각 단계에서 우주는 근본적인 변화를 겪는데 이를 ‘냉각’이라 부른다. ① 10^-43초 : 이 기간을 양자역학의 아버지인 막스 플랑크의 이름을 따서 ‘플랑크 시간’이라 부르는데, 탄생으로부터 이때까지 모든 힘은 하나였다. 물질의 입자들은 가장 기본적인 모습을 하고 있었고 단일한 힘을 매개로 하여 상호작용을 하고 있었다. ② 10^-33초 : 강력이 전자기 약력과 결합하고 중력이 혼자 남는다. 이 단계에서 두 가지 중요한 사건이 일어나는데 하나는 우주가 소립자만한 크기에서 커다란 레몬만한 크기로 팽창한다. 이 과정을 인플레이션이라 부른다. 이때 ..

youtu.be/tk9uU_alalM 우주가 생긴 시점에서 생각해 보아도 우주의 양 끝은 다녀올 수 없는 거리다. 우주의 역사 초기에는 우주의 크기가 아주 작았겠지만 우주가 생긴 지 얼마 안 돼 끝에서 끝까지 갈 시간은 부족하다는 뜻이다. 우주의 모든 지점에서 이런 문제가 생기는데 이는 빛의 속도보다 빠르게 달리지 않으면 불가능한 일이다. 이를 현 과학 단계에서 설명해주는 것이 인플레이션 이론이다. 그러나 우주의 인플레이션 이론은 현대 과학 즉 상대성이론이 지배하는 우주에서는 매우 이해하기 어려운 면이 있는 것은 사실이다. 그럼에도 불구하고 인플레이션 이론이 도출된 것은 빅뱅우주론에 두 가지 결정적인 문제점이 있기 때문이다. 그것은 우주의 평탄성 문제(flatness problem)와 지평선 문제(hor..

youtu.be/WFMopCfbOfY 빅뱅은 워낙 물리학계의 화두이므로 다시 부언하여 설명한다. 앞에 설명한 것과 다소 중복되는 설명도 있지만 이는 그만큼 빅뱅이 중요한 의미를 갖고 있다는 뜻도 된다. 아인슈타인이 상대성이론으로 뉴턴 역학이 풀지 못하는 분야, 즉 우주로 학문을 넓혀 놓은 이래 많은 학자들이 우주에 대한 궁금증을 풀기 위해 도전했다. 사실 우주의 기원에 관한 질문은 근원적인 질문이다. 그것은 결국 우리가 살고 있는 우주를 탄생하게 만든 무언가가 반드시 존재해야 한다는 것이다. 그렇다면 또 다시 불가피하게 그 무언가를 존재하게 만든 원인은 또 무엇인가라는 물음에 직면하게 된다. 이런 식으로 계속 꼬리를 물게 되면 어느 누구나 결론적으로 모른다고 대답하게 마련이다. 기독교에서는 신이 우주를 ..

youtu.be/zL9mDgE_YH0 르메트르가 기본적인 빅뱅이론의 아이디어를 제시했지만 일반적으로 빅뱅이론의 창시자는 가모프(George Gamow)로 인식된다. 그것은 제2차 세계대전 말에 이루어진 원자폭탄의 개발로 우주에 대한 인식에 획기적인 변환이 일어났기 때문이다. 우주가 팽창하고 있다는 것은 영화 필름을 거꾸로 돌리는 것과 마찬가지로 과거로 거슬러 올라가면 먼 은하일수록 더 빨리 우리에게 접근해 와서 어느 시점에 이르면 모든 은하가 한 곳에 모이게 된다. 결론은 과거에는 우주가 현재보다 작았다는 이야기가 된다. 즉 우리의 우주에는 분명히 ‘시초’가 있었다는 것이다. 여기에서 주의할 일은 우리 은하가 우주의 중심이라는 뜻은 결코 아니라는 사실이다. 여기에서 가모프는 빅뱅이론을 끌어낸다. 1904..

youtu.be/eGlBKeGBWe8 태초 3분간(1) 가모프는 우주 초기는 우주에 있는 물질이 한곳으로 모이고 엄청나게 압축되며 온도와 밀도가 높아지면서 원자핵과 전자가 모두 분리될 뿐만 아니라 원자핵조차 양성자와 중성자로 분리될 만큼 뜨겁고 밀도가 높은 상태로 설명했다. 가모프는 처음 이런 상태를 옐름(yelm)으로 불렀다. 옐름은 ‘모든 물질이 될 수 있는 원시 물질’이다. 이제 가모프는 이 상태를 설명한 수학적인 모형을 만드는 것이다. 그리고 우주 초기부터 지금까지 시간을 돌렸을 때 현재 우주에 있는 수소와 헬륨의 관측값과 잘 맞는 결과도 보여주어야 했다. 다소 수학 실력에 떨어지는 가모프는 수학에 뛰어난 재능을 갖고 있는 랠프 앨퍼를 제자로 받았다. 두 사람은 우주 초기 아주 짧은 시간에 이루어..

youtu.be/nF22LiwyDWo 1920년대부터 우주가 확장한다는 것이 알려지자 우주에 관한 연구는 다음 세대의 과학자들로 이동하기 시작했다. 이의 기수가 유명한 조지 가모프이다. 가모프는 1904년 우크라이나 오데사에서 태어났는데 오데사 노보로시아대학에서 물리학을 공부할 때부터 젊고 능력있는 원자핵 물리학자로 전도가 유망했다. 1923년 르메트르가 벨기에에서 영국 케임브리지의 에딩턴 학생일 때 그는 러시아의 상트페테르부르크로 갔다. 그곳에는 팽창하는 우주를 도출한 프리드만이 있었다. 그는 역동하는 우주에 대해 프리드만으로부터 직접 배웠는데 이후 프리드만이 건강 악화로 사망하여 사실 가모프가 프리드만의 우주론을 계승한 유일한 제자였다. 가모프가 중요한 역할을 하게 되는 것은 그에 의해 비로소 르메트..

youtu.be/rFJu-Q5YwRw 천문학이 본격적인 자리를 잡아가고 있는 와중에 전직외교관인 베스토 슬라이퍼가 애리조나 사막 한가운데 있는 로웰천문대에서 지름 1미터짜리 망원경으로 안드로메다 성운의 분광사진을 찍었다. 1912년의 일인데 이때는 안드로메다가 외부은하라는 것이 밝혀지기 전이다. 당시 먼 우주까지의 거리는 크리스티안 도플러(Christian Johann Doppler, 1803〜1853)의 ‘도플러 효과’로 측정할 수 있는데 슬라이퍼는 어렵게 찍은 스펙트럼을 분석하던 중 매우 당황하지 않을 수 없었다. 안드로메다 성운이 청색 편이를 일으키고 있는데 이를 정확하게 계산하면 안드로메다 성운이 1초에 300킬로미터씩 지구 쪽으로 다가오고 있었다. 당시에는 안드로메다 성운이 우리 은하에 있다고 ..

youtu.be/YZ_oi8PY1Wo 아인슈타인이 일반상대성이론을 행성이나 혜성 같은 천체에 적용하면서 매우 놀라운 사실을 발견했다. 방정식에 따르면 우주는 시간에 따라 부풀수도 있고 줄어들 수도 있었다. 이 말은 우주가 시간에 따라 변한다는 것을 의미한다. 뉴턴은 우주에 별이 많은데 왜 서로 끌어당겨 부딪치지 않는지 의문을 보냈다. 사실 만유인력에 의하면 별들 사이가 끌어당긴다는 이야기가 되므로 우주의 모든 별이 하나로 모이는 것이 정상이다. 뉴턴은 우주의 별들이 바둑판에 놓인 것처럼 일정한 간격을 두고 우주에 무한히 퍼져 있기 때문에 인력이 상쇄되어 우주가 쪼그라들지 않고 균형을 유지한다고 생각했다. 그의 생각은 매우 타당하게 보인다. 어제도 태양이 떴고 내일도 태양이 뜰 것이 분명하다. 24시간을 ..

youtu.be/LksC2NK5Rqk 우주는 어디에서 와서 어디로 가고 있을까? 과거부터 수많은 사람들이 제기한 이 질문에 대해 현대의 천문학자들은 다음과 같이 설명한다. ‘과거를 뒤돌아보면 우주는 갈수록 작아진다. 그러다가 빅뱅을 앞둔 어느 시점에서 시간은 아예 존재하지 않는다.’ 이 설명은 우주가 언젠가의 ‘빅뱅’에 의해 태어났다는 것을 의미하며 시간도 빅뱅과 함께 시작되었다는 것을 뜻한다. 그러므로 위 말을 다음과 같이 설명하기도 한다. ‘우주는 과거 특정 시점에 탄생했고 그 이후 계속 팽창하고 있다.’ 우주가 거대한 규모에서 매우 균일한 것을 감안할 때, 더 작은 규모에서 은하계나 우리 자신 같은 덩어리들이 존재하는 것을 어떻게 설명할 수 있을까 어떻게 무(無)에서 우주가 시작되었을까하는 질문은 ..