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서론
그렇다면 우주 탄생 기원은 어디서 시작했을까요? 우리가 살고 있는 지구, 그 안에 넓은 초원, 깊은 바다, 높은 산은 하루 아침에 만들어졌을까요?
대답은 “No” 입니다.
현재까지 수많은 과학자들이 여러 우주 탄생 이론을 내놓았지만 안타깝게도 시원한 해답을 내놓은 과학자는 없습니다. 그러나 학계에서 가장 유력하게 보고 있는 이론이 있습니다. 지금부터 그 이론에 대해 알아보도록 하겠습니다.
본론 : 우주 탄생 이론
빅뱅 이론 (Big Bang Theory)
빅뱅 이론은 러시아의 수학자 프리드만이 최초로 주장한 이론으로, 우주의 탄생과 발전에 대해 가장 널리 알려진 정설입니다. ‘우주상수-차가운 암흑 물질 우주론(Lambda-Cold Dark Matter Cosmology, LCDM)‘으로 불리기도 하며, 이는 우주 밀도의 70%를 차지하는 우주상수와 25%를 차지하는 ‘암흑 물질’이 우주의 주된 구성 물질이라는 뜻입니다.
이 이론은 약 138억 년 전에 아무 것도 없는 공간에서 한 점의 거대한 폭발이 일어나 우주가 형성되었다고 설명합니다. 초기 우주는 온도가 매우 뜨겁고 밀도가 매우 높았습니다. 이 상태에서 우주는 계속 팽창하게 됩니다. 우주의 팽창은 에드윈 허블의 은하의 적색편이 현상에 의해 실험적으로 증명됐습니다.
그렇다면 적색편이 현상이 무엇일까요?
도플러 효과 (Doppler Effect)
적색편이 현상은 도플러 효과에서 발견할 수 있습니다. 도플러 효과는 앰뷸런스의 사이렌 소리를 통해 쉽게 접할 수 있습니다.
앰뷸런스가 관찰자로부터 가까워지면 파원과 파동의 방향이 같아지면서 파장이 짧아집니다. 따라서 관찰자는 높은 음의 사이렌 소리를 듣게 되는 것입니다. 그러나 반대로 앰뷸런스가 관찰자로부터 멀어지면 파원과 파동의 방향이 달라 파장이 길어집니다. 이로 인해 관찰자는 낮은 음의 사이렌 소리를 듣게 되고, 파원이 더 멀어짐에 따라 소리가 사라지게 됩니다.
흥미롭게도 도플러 효과는 모든 파동 현상에 적용됩니다. 소리 뿐만 아니라, 빛도 파동이기에 이 현상이 빛에 똑같이 적용됩니다.
빛은 여러 파장의 빛이 합쳐져 있습니다. 빛의 파장에 따른 분포를 ‘스펙트럼 (Spectrum)‘ 이라고 합니다. 이 스펙트럼에 의하면 진동 수가 많고 파장이 짧을수록 파란색을 띄고, 진동 수가 적고 파장이 길수록 빨간색을 띄게 됩니다.
이 기초 지식을 가지고 한 가지 예를 들어봅시다. 만약 은하가 지구 방향으로 가까워진다면 빛이 광원의 이동 방향과 같아지면서 파장이 짧아질 것이고, 은하는 푸른색으로 보이게 될 것입니다. 이러한 현상을 ‘청색편이‘라고 합니다. 반대로 은하가 지구 방향과 반대 방향으로 빠르게 멀어진다고 상상해봅시다. 은하의 빛이 광원 이동 방향과 반대 방향으로 움직여 파장이 길어지게 되므로 은하는 붉은색으로 보이게 될 것입니다. 이러한 현상을 ‘적색편이‘라고 합니다.
1929년 허블은 미국의 천문학자 ‘베스토 슬라이퍼’로부터 지구로부터 멀어지고 있는 은하가 많다는 은하 관측 소식을 접하게 됩니다. 이 후 윌슨산 천문대 연구원 ‘밀턴 휴메이슨’과 함께 은하를 관측해본 결과, 대부분의 은하들로부터 적색편이 현상을 관측하게 됩니다. 즉, 우주가 팽창하고 있다는 증거입니다. 이 연구 결과로 허블은 1929년 허블의 법칙에 관한 논문을 발표합니다. 시간을 거슬러 우주의 팽창을 거꾸로 되돌려보면 하나의 점이 될 것이고, 이는 빅뱅 이론의 아주 강력한 증거가 됩니다.
결론
다음 글에서는 빅뱅 이론 이외에 주목 받았던 다른 가설들에 대해서 알아보도록 하겠습니다.