지난 글에서 우리가 사는 세상의 공간, 시간적 규모에 따른 모습을 살펴본데 이어 이번에는 시간의 변화에 따른 우리 우주의 역사를 살펴보기로 하자. 우주의 역사는 시간의 흐름과 더불어 우리에게 친숙한 ‘온도’의 변화와도 밀접하게 연관되어 있다. 물론 지금 우리가 사는 우주의 기원에 대해서 과학이 완벽하게 밝혀내지는 못하고 있다. 그러나 매우 신뢰성이 높은 가설은 약 138억 년 전 우주가 매우 작은 점으로부터 팽창함으로써 시작되었다는 ‘빅뱅’ 이론이다. 이 이론을 뒷받침하는 증거들은 매우 많다. 정확히 빅뱅의 순간에 대해 현대과학은 그 참모습을 정확히 그려내지는 못하지만 빅뱅 이후 현재에 이르기까지 일어나 변화에 대해서는 비교적 상세한 역사를 밝혀냈다. 대략 빅뱅 직후 우주의 크기는 점에 가까웠으며 극도로 밀집된 에너지로 인해 그 온도는 거의 무한대에 가까울 정도로 뜨거웠다. 이후 우주가 팽창하면서 온도는 급격히 떨어지기 시작한 것이다. 빅뱅의 순간에는 물질 사이에 작용하는 다양한 종류의 힘들이 구분되지 않은 상태로 있었다. 현재 물질들 간에 작용하는 기본적인 힘들은 4가지, 즉 중력, 전자기력, 핵력, 약력인데 그때에는 이들의 구분이 없었다는 뜻이다. 이와 같이 힘들이 구분되지 않은 상태를 ‘대칭’이라고 부른다. 그런데 우주가 팽창하고 온도가 내려가면서 대칭성이 단계적으로 깨지기 시작하면서 각각의 힘들이 구분되어 나타나는 과정이 전개된다. 빅뱅 이후 1조 x 1조 x 1조 x 1천 만분의 1초 이후 중력이 구분되었으며 이후 단계적으로 다른 힘들도 분리되어 나타났다. 이때 우주의 온도는 1조 x 1조 x 1천 도 정도였다. 여기서 x는 곱하기이다. 또 1조 x 1조 x 1천 억분의 1초 후에서부터 1조 x 1조 x 1억분의 1초 후 사이에 우주는 급팽창을 시작하였는데 그 크기가 무려 1조 x 1조 x 1조 x 1천 만 배나 커졌다. 시간이 흘러 1만분의 1초 후까지의 시간 동안 원자핵을 이루는 양성자, 중성자가 생겨났으며, 또 빅뱅 10초 후까지 가벼운 입자인 전자가 생겼다. 원자의 재료들이 이때 다 만들어졌지만 여전히 100억 도 정도의 뜨거운 상태였기 때문에 원자를 구성할 수는 없었다. 이후 빅뱅 3분 후까지 양성자와 중성자가 융합하면서 헬륨 핵이 만들어졌고 빛과 수소 및 헬륨 핵, 그리고 전자와 정체를 알 수 없는 암흑물질들이 뒤섞인 혼돈의 상태에 있었다. 시간이 한참 지나 빅뱅 이후 38만 년이 된 시점에 우주의 온도는 약 3000도까지 낮아졌으며 핵과 전자가 결합하여 드디어 수소 및 헬륨 원자가 형성되었다. 이때부터 빛과 물질이 분리되기 시작함으로써 우주가 투명해짐으로써 태초에 ‘빛이 있으라’는 순간이 된 것이다. 즉 우주 곳곳에 빛이 골고루 퍼지게 된 시점인 것이다. 1963년 천문학자 아노 펜지아스와 로버트 윌슨은 전파망원경을 통해 원인모를 잡음을 관측했는데 이들은 이 잡음을 없애기 위해 부속을 교체하고 안테나 내의 비둘기 집을 제거하기도 했지만 그 잡음을 없앨 수 없었다. 이후 정밀한 분석 이후에 이 전파는 조건에 관계없이 모든 방향에서 항상 오고 있음을 확인했다. 결국 이 전파는 38만 년 된 시점에 우주 전체로 퍼져나간 태초의 빛이었던 것이다. 당시에는 높은 온도로 인해 가시광선에 해당되었겠지만 장구한 시간 동안 우주가 차가워지면서 현재는 매우 긴 파장의 전파로 변한 것으로 이들이 운 좋게 찾아낸 이 빛을 ‘우주 배경 복사’라고 한다. 이들은 이 발견으로 1978년 노벨물리학상까지 차지했으며 빅뱅 이론을 뒷받침하는 매우 중요한 발견으로 인정되고 있다. 38만 년 이후 긴 시간이 지난 10억 년 후 별이 탄생했고 이어서 별들의 모임인 은하도 생겨나기 시작했다. 우주는 점점 더 커졌고 온도는 계속 식어가서 현재 우주의 평균 온도는 영하 270도로 극히 추운 곳이 되었다. 이 온도는 더 이상 내릴 수 없는 최저 온도인 절대 영도보다 겨우 3도가 높은 값이다. 우주배경복사는 바로 이 온도에 대응되는 복사인 것이다. 영겁에 가까운 긴 역사 이야기가 겨우 20만 년 전 탄생한 현생 인류, 그것도 최근 몇 백 년 동안의 과학적 연구를 통해 드러났다는 사실이 참으로 경이로울 뿐이다.
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