어쩌다빅뱅!
우주를이루는물질은모두어디에서왔을까?
이모든것의근원은무엇일까?
이와같은물음에답을찾는천문학자들은우주의역사를설명하기위해이런저런가설을세우고여러과학모형을만들었지만,요즘가장믿을만하다고여겨지며인기를끌고있는것은‘빅뱅모형’이다.138억년전아주작은한점이폭발하면서우주가시작되었다는것이다.왜이런상상을하게되었을까?이책은바로이모형이나오게된배경과이모형에따라138억년에이르는시간동안우주가어떻게자신의모습을바꿔가며성장해지금에이르게되었는지를설명한다.
21세기에들어서천문학자들이알아낸가장놀라운사실은우주가계속팽창하고있다는것이고,관측자료가말해주는더놀라운사실은갈수록더빨리팽창한다는점이다.그렇다면팽창의시작은?팽창하는우주를거슬러올라가다보면우주는작아진다.자꾸자꾸작아지다나중에는아주놀라운일이생긴다.무한히커보이는이거대한우주를바로한점에몰아넣을수있다는것.아주작은한점에우주를이루는물질이모여있으니더는견디지못한다.이비좁음과엄청난압력에못이겨우주는빵,하고터지며공간을팽창한다.
이팽창은때론느리게때론빠르게이루어졌고,그과정에서힘과입자는환경에따라자신들의모습을바꿔나간다.초고온초고압상태에서우주를지배하는네가지힘은온도와압력의변화에따라차례차례하나씩떨어져나갔고,빛(에너지)은입자와서로의모습을맞바꾸는과정을거친다.이것은빅뱅후10-10초안에일어난일들이다.우리가상상할수없는시간동안우주는공간이팽창하고,힘이분리되고,질량과에너지사이의대등한변신이라는물리적변화를급속히진행하면서드디어별이탄생하는기반을마련해갔다.
타다닥,팡팡,시끄럽고화려한우주파티
빅뱅후10-10초부터5분까지는입자들이정신없이핵융합을해나가며세상만물을구성할물질을만들어냈다.당시우주의구성은질량비에있어수소75%,헬륨25%였고그구성성분은오늘날까지이어져온다.빅뱅이후38만년무렵,우주의온도가3000K가되었을때는빛이입자들의방해를받지않고곧바로뻗어나갈수있을만큼공간이넉넉하게팽창하여비로소암흑시대가끝난다.그리고자유를얻은광자들은‘우주배경복사’라는이름을얻고우주어디에서나찾아볼수있다.지금까지도.
에너지가불균일하게팽창한우주에서는38만년이후입자들사이의밀도차에의해물질이많이모여있는곳과그렇지않은곳으로나뉘게되고,주변보다밀도가큰곳은상대적으로큰중력에의해더많은물질을끌어모은다.그렇게둥그렇게모여수소공이되면공의중심은높은압력에의해온도가어마어마하게높아지고그런고온고압의상태에서일어난핵융합의결과질량이변한빛이공바깥까지도달해(무려100만년이걸린다)우주공간으로날아간다.이것이바로태초의별.이런일이수많은곳에서일어나면서우주의나이3억년무렵아기별들이탄생한다.
별은각자의질량에따라태어날때부터수명이정해지고,수명이다한뒤에어떻게죽을것인지대체로운명이정해진다.무거운별은짧게빛을생산하다많은중금속을우주에뿌리고죽고,상대적으로가벼운별은더오래살고더적은물질을우주에뿌린다.지금까지우주에는처음우주에태어나살다간1세대별과1세대별의잔해속에서태어난2세대별,그리고2세대별의잔해에서태어난3세대별이섞여은하를만들고,은하단을만들어지금의모습이되었다.그리고3세대별중의하나인태양의여러행성중하나인지구에서스스로영양분을찾고다음세대를생산하는생명체가태어나138억년의우주를관찰하고그관찰의결과를이렇게책으로만들어읽고있다.
파티에입장하다
이책은시작부터친절하다.우주론카페빅뱅에입장한사람들이파티의규칙을몰라서즐기지못할것을염려해입구에천문학용어메뉴판과우주연대기표를준비하였다.파티의규칙을알고있는사람은가볍게패스해도되는이메뉴판과연대기표는아직파티장입장이낯선사람들에게더욱유용하다.하지만메뉴판과연대기표없이도파티를온전히즐길수있다.실은없어도그만이다.고맙게도카페주인장이대단히친절하고,어려운말을할줄모르기때문.초등학교만졸업했다면다알아들을이야기로만준비했다.게다가이카페의좌우명은‘물흐르듯이즐겁게’.배경지식이전혀없어도,사전에규칙을몰라도파티는한번입장하면마지막출구에다다를때까지그자체로너무도재미있게꾸며져있다.마지막출구앞에서면실은좀서운해진다.벌써끝났다고?부끄럽지만간절히묻는다.“재입장가능한가요?”“당근!”
입구와출구사이는우주의지금나이138억년을중심에두고그이전이야기와그뒤에대한이야기로채워져있다.과거와현재,미래로이어지는일종의우주생애체험루트라고할수있다.
이세상최고의능력자지니가,부르기전에는자그마한요술램프에웅크리고있듯이거대한우주는138억년전아주작은한점에모여있었다.그러다가펑!하고터져서공간을팽창하고힘이분해되고에너지와질량이상호교환을해가며물질세계를만들준비를한다.팽창하되균일하게퍼지지못한태생적한계로물질은질량이큰것을중심으로뭉쳐서별이되고,은하가생기고,은하단이꾸려져(혹은그반대의순서일수도있는가능성을품고)지금의우리가보고있는우주의모습이되었다.이런우주의역사는우주망원경이찍은과거의흔적사진들을통해실감나게파티장에그실체를드러내고,가끔은우주를연구한학자들의모습이주인장이직접실크스크린으로제작한판화를통해불쑥나타나면서소름끼치게현장감을갖게한다.
파티는차차절정으로치닫는다.열기로가득하다.
미래가궁금하더냐
누군가찬물을끼얹듯묻는다.
과거는과거일뿐,대체우주는앞으로어떻게된다는겁니까?
아무도모르죠.
주인장의시크한대답.
하지만여기용한점쟁이들이있어요.과학자들을소개하죠.
한과학자는태어날때의모습처럼다시한점에모일거라고답한다.지니가다시요술램프에들어가듯이.다른과학자는지금의모습그대로우주는영원할것이라고점친다.(여기저기서휴-하고안도하는소리)또다른과학자는지금팽창하는속도그대로계속해서우주가팽창할거라고말한다.마지막과학자.팽창에가속도가붙어우주크기는더욱더커지고우주의모든물질은갈가리찢어지고말것이오.가뜩이나우주물질의96%라는암흑물질과우주의70%를차지한다는암흑에너지를체험하는관에서앞못보는심청이아버지가된것처럼우왕좌왕했던사람들이이번에는뺑덕어멈에게호되게따귀를맞은듯얼음장으로굳어졌다.
주인장은파티장에모인사람들을다독인다.괜찮아요.설령가속팽창하는미래가맞다할지라도그종말은너무나먼훗날이랍니다.그건10100년후의일이라니까요.
어느새파티의배경음악은헤어짐을연주하고있다.
궁극의기원과끝을향한탐험
시간의시작과끝,우주의탄생과종말,그거대한시공간의변주에서신비롭게탄생한지구인우리.우리는지금이렇게여유롭게앉아우주는언제태어났네,어떻게성장했네,앞으로는무엇일것이네,이러쿵저러쿵말하지만이러고있는사이에도우주는자기갈길을자기속도대로뚜벅뚜벅가는중이다.그우주에속한티끌보다작은지구에살고있는우리를등에업은채.
빅뱅카페가문을연것은다름아닌우리지구인의사뭇진지한질문에답할자리를마련하기위해서였다.대체나는어디서왔나요?우린앞으로어떻게되나요?
정답이있어서가아니다.정답을찾기위한자리를마련하기위해서다.우리의시작,우주의기원을알기위해지금껏수많은가설을세우고가설에따라관측을하고이론을정립하고그이론이틀렸음을확인하여또다시새로운가설을세우고관측을하고이론을정립하는지난한과정에평생을바친이름모를과학자들의노고를우리는이곳에서확인한다.수없이수정에수정을더한이론중하나인빅뱅모형을배우며우리는감히우주의시작과그과정을상상해본다.그리고미래도점쳐본다.그러면서유한한우주의무한함에경외감을느끼고,무질서의질서로변주되는우주의속성에찬탄하고,우연에우연이겹쳐누구도그우연을논리정연하게설명할수없는비밀스러움으로탄생한우리에게뿌듯해한다.위대한우주속놀라운생명체인우리.
우주는지금까지멈추지않고파티를열고있고,앞으로도그향연은계속될것이다.비록그끝이비극일지평화로울지알수없어도,아니끝이있을지없을지알지못해도그걸알기위한탐험은계속될것이다.기원을알기위한흥미로운탐험과함께.
빅뱅은우리에게탐험의배가되어주겠다고한다.그배는지금까지과학자들의피땀어린연구로만들어진꽤튼튼한배다.가끔암흑물질과암흑에너지를만나흔들릴수도있으니안전벨트를꼭매야한다.오늘가벼운마음으로파티장에입장한여러분은탐험의오리엔테이션을받은셈이다.실제탐험은각자의의지와용기에따라이루어질수도있고,가다멈출수도있고,그중어떤이는다른사람들을이끌고가는탐험의선봉대가될수도있다.하지만분명한것은하나.최소한《빅뱅쫌아는10대》라는이오리엔테이션을받지않고는한발자국도나아갈수없다는것.부디이흥미로운파티를즐겁고신나게즐기기를.
