우주 팽창의 발견, 적색편이와 그 결과(3) “정적 세계관의 종말"
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2025-01-17 21:50:23
5분 읽기
- 1929년 천문학자 에드윈 허블의 팽창하는 우우에 관한 발표는 많은 동시대인에게 쇼크
- 아인슈타인은 뒤늦게 자신의 의견을 수정하기 시작했지만, 여전히 큰 회의론 견지
- 아인슈타인은 우주상수를 싫어했다. 우주상수가 자신의 "가장 큰 어리석음"이었다고 함
- 우주는 모델에서 예측한 것보다 더 빠른 속도로 팽창 중
아인슈타인의 회의적 반응
하지만 아인슈타인은 허블의 관찰에 그다지 감명받지 않았다. 적어도 처음에는. 다른 연구자들은 새로운 연구 결과를 기존의 모순과 해결되지 않은 의문을 설명할 기회로 봤다. 그들은 우주의 팽창을 고려하여 자신의 모델과 계산을 적용하였는데, 여기에는 1919년 일식을 관찰하여 아인슈타인의 상대성 이론을 최종적으로 증명한 영국의 천체물리학자 아서 에딩턴도 포함된다.
아인슈타인조차도 새로운 발견에 오래도록 무시할 수는 없었다. 1931년 허블과 에딩턴을 만난 미국 여행을 마치고 나서 그는 자신의 의견을 수정하기 시작했지만, 여전히 큰 회의론을 가지고 있었다. "먼 성운의 적색편이는 망치로 내리친 것처럼 내 오래된 구성을 산산이 부수었지만, 이 적색편이는 아직도 늘 미스터리다"고 아인슈타인은 로스앤젤레스 타임스와의 인터뷰에서 이렇게 말했다.
아인슈타인은 여전히 우주가 영원히 존재한다고 믿고 있었다. 그의 견해에 따르면, 이러한 관찰 결과는 영원히 정적이었던 우주가 어느 시점부터 팽창하기 시작했다는 가정을 통해 설명될 수 있다. 하지만 아인슈타인은 이제 적어도 마음에 들지 않는 우주상수를 제거했다. 그는 우주상수를 싫어했다. 그는 우주상수가 자신의 "가장 큰 어리석음"이었다고 말했다고 한다. 만약 우주가 정적이 아니고 균일하게 확장된다면 이런 균형 요소는 더 필요하지 않다. 이 상수가 여전히 중요하다는 사실은 약 반세기 후에야 밝혀졌다.
“물리적 관점에서 완전히 혐오스럽다”
허블의 데이터를 통해 자신의 연구 결과가 확인되었다고 보는 한 연구자는 벨기에의 우주론자이자 사제인 조르주 르메트르(Georges Lemaître)이다. 허블보다 2년 앞선 1927년에 그는 아인슈타인의 방정식과 슬라이퍼의 관찰을 바탕으로 우주가 팽창하고 있다고 가정했다. 르메트르는 그의 논문에서 "은하 외부 성운의 움직임은 우주의 팽창으로 인해 발생하는 우주적 효과다"고 기술했다.
하지만 이런 결론을 내렸다고 해서 아인슈타인이 그의 친구가 되는 것은 아니었다. 아인슈타인은 회의 중에 젊은 우주론자에게 의견을 묻자 무례하게 거부한다. 그는 르메트르의 논문을 읽었지만 그다지 긍정적인 의견을 표명하지 않았다. 르메트르는 나중에 이렇게 보고했다. "몇 가지 호의적인 기술적 언급을 한 후, 아인슈타인은 물리적 관점에서 볼 때 이것이 완전히 혐오스러운 것으로 보인다고 결론지었다.”
역수를 적용해 최초 원점으로 향해
하지만 르메트르에게 허블의 관찰은 그의 훨씬 더 광범위하고 혁명적인 이론, 즉 우주의 원시적 시작을 확증해 주는 퍼즐의 한 조각이었다. 우주가 확장되고 있다면 어느 시점에는 지금보다 훨씬 더 작았을 것이고, 어쩌면 아주 작은 지점에서 시작되었을 수도 있다. 르메트르는 이것이 분명하다고 생각했다. 태초에 우주의 전체 질량이 이미 담겨 있는 어떤 종류의 원시적 세균이나 원시적 원자가 있었을 것다.
그뿐만이 아니다. 허블 상수의 역수를 적용하면 르메트르의 생각에 따르면 우주가 창조된 시점을 추정해 낼 수 있다. 따라서 이 상수를 이용하면 우주의 나이를 추정할 수 있다. 이것 역시 벨기에 물리학자이자 우주론자의 승인을 받지 못했다. 대부분 동시대인은 "빅뱅"이라는 개념을 거부하거나 너무 추측적이라고 생각했다.
우주의 나이는 얼마인가?
허블 상수가 현재로서는 여전히 너무 높다는 점도 반드시 도움이 되지는 않는다. 부정확한 분광기로 인해 에드윈 허블이 결정한 값은 초당 약 500km이고 Mpc(메가파섹)이다. 하지만 이를 기초로 거꾸로 계산해 보면, 우주는 불과 20억 년 전에 창조되었을 것이다. 1930년대에 이미 알려진 바에 따르면 너무나 짧은 시간이다. 지질학적 자료에 따르면, 지구조차도 훨씬 더 오래되었다.
허블 상수에 대한 몇 가지 수정과 다른 은하에 대한 측정을 거쳐 우주론자들은 르메트르의 시대에 우주의 나이가 약 100억 년 정도 되었을 것으로 추정했다. 즉, 오늘날 우리가 알고 있듯이 적어도 적절한 규모에 있다는 뜻이다. 그러나 그 당시 천문학자들은 태양이 훨씬 더 오래되었을 것이라고 가정했기 때문에 이 새로운 값은 그림에 맞지 않았다. 아인슈타인은 1931년 3월에 다음과 같이 주장했다. "문제는 물질의 팽창이 시간적 시작을 시사한다는 것이다. 그 효과에 대한 다른 설명이 매우 어렵기 때문에 상황은 매우 흥미롭다.”
그리고 오늘날에도 여전히 흥미로운 일이다. 우주론자들은 이제 우주의 나이와 빅뱅 시간을 약 138억 년으로 비교적 확실하게 좁혔지만, 허블 상수는 계속해서 모순과 토론을 불러일으키고 있다. 이는 초신성, 변광성, 적색 거성 및 기타 "우주적 기준"을 기반으로 결정된 값이 천체물리학자가 우주 배경 복사를 기반으로 초기 우주에 대해 결정한 값과 다르기 때문이다.
즉, 우주는 모델에서 예측한 것보다 더 빠른 속도로 확장되고 있다. (계속)
- 1929년 천문학자 에드윈 허블의 팽창하는 우우에 관한 발표는 많은 동시대인에게 쇼크
- 아인슈타인은 뒤늦게 자신의 의견을 수정하기 시작했지만, 여전히 큰 회의론 견지
- 아인슈타인은 우주상수를 싫어했다. 우주상수가 자신의 "가장 큰 어리석음"이었다고 함
- 우주는 모델에서 예측한 것보다 더 빠른 속도로 팽창 중
정적인 세계관의 종말
아인슈타인의 "어리석음"과 르메트르(Lemaître)의 빅뱅
1929년 미국의 천문학자 에드윈 허블의 팽창하는 우우에 관한 발표는 많은 동시대인에게 쇼크였다. 그것은 정적이고 항상 존재하는 우주라는 오랜 견고한 관념을 무너뜨리기 때문이다. 이는 알베르트 아인슈타인도 공유했던 믿음이다. 그러나 허블은 먼 은하의 적색편이를 측정하여 이들이 오늘날 허블 상수 H0로 알려진 속도로 우리 은하로부터 멀어지고 있다는 것을 명확히 보여주었다.
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| ▲ 1931년 캘리포니아주 윌슨 산 천문대에서 강의를 하는 알베르트 아인슈타인은 처음에는 정적 우주에 대한 자신의 생각을 고수했다. © historisch |
아인슈타인의 회의적 반응
하지만 아인슈타인은 허블의 관찰에 그다지 감명받지 않았다. 적어도 처음에는. 다른 연구자들은 새로운 연구 결과를 기존의 모순과 해결되지 않은 의문을 설명할 기회로 봤다. 그들은 우주의 팽창을 고려하여 자신의 모델과 계산을 적용하였는데, 여기에는 1919년 일식을 관찰하여 아인슈타인의 상대성 이론을 최종적으로 증명한 영국의 천체물리학자 아서 에딩턴도 포함된다.
아인슈타인조차도 새로운 발견에 오래도록 무시할 수는 없었다. 1931년 허블과 에딩턴을 만난 미국 여행을 마치고 나서 그는 자신의 의견을 수정하기 시작했지만, 여전히 큰 회의론을 가지고 있었다. "먼 성운의 적색편이는 망치로 내리친 것처럼 내 오래된 구성을 산산이 부수었지만, 이 적색편이는 아직도 늘 미스터리다"고 아인슈타인은 로스앤젤레스 타임스와의 인터뷰에서 이렇게 말했다.
아인슈타인은 여전히 우주가 영원히 존재한다고 믿고 있었다. 그의 견해에 따르면, 이러한 관찰 결과는 영원히 정적이었던 우주가 어느 시점부터 팽창하기 시작했다는 가정을 통해 설명될 수 있다. 하지만 아인슈타인은 이제 적어도 마음에 들지 않는 우주상수를 제거했다. 그는 우주상수를 싫어했다. 그는 우주상수가 자신의 "가장 큰 어리석음"이었다고 말했다고 한다. 만약 우주가 정적이 아니고 균일하게 확장된다면 이런 균형 요소는 더 필요하지 않다. 이 상수가 여전히 중요하다는 사실은 약 반세기 후에야 밝혀졌다.
“물리적 관점에서 완전히 혐오스럽다”
허블의 데이터를 통해 자신의 연구 결과가 확인되었다고 보는 한 연구자는 벨기에의 우주론자이자 사제인 조르주 르메트르(Georges Lemaître)이다. 허블보다 2년 앞선 1927년에 그는 아인슈타인의 방정식과 슬라이퍼의 관찰을 바탕으로 우주가 팽창하고 있다고 가정했다. 르메트르는 그의 논문에서 "은하 외부 성운의 움직임은 우주의 팽창으로 인해 발생하는 우주적 효과다"고 기술했다.
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| ▲ 벨기에의 물리학자 조르주 르메트르는 1933년에 아인슈타인과 함께 허블의 자료를 사용하여 우주의 원시적 시작, 즉 빅뱅이 있었다는 결론을 내렸다. © California Institute of Technology/ historisch |
하지만 이런 결론을 내렸다고 해서 아인슈타인이 그의 친구가 되는 것은 아니었다. 아인슈타인은 회의 중에 젊은 우주론자에게 의견을 묻자 무례하게 거부한다. 그는 르메트르의 논문을 읽었지만 그다지 긍정적인 의견을 표명하지 않았다. 르메트르는 나중에 이렇게 보고했다. "몇 가지 호의적인 기술적 언급을 한 후, 아인슈타인은 물리적 관점에서 볼 때 이것이 완전히 혐오스러운 것으로 보인다고 결론지었다.”
역수를 적용해 최초 원점으로 향해
하지만 르메트르에게 허블의 관찰은 그의 훨씬 더 광범위하고 혁명적인 이론, 즉 우주의 원시적 시작을 확증해 주는 퍼즐의 한 조각이었다. 우주가 확장되고 있다면 어느 시점에는 지금보다 훨씬 더 작았을 것이고, 어쩌면 아주 작은 지점에서 시작되었을 수도 있다. 르메트르는 이것이 분명하다고 생각했다. 태초에 우주의 전체 질량이 이미 담겨 있는 어떤 종류의 원시적 세균이나 원시적 원자가 있었을 것다.
그뿐만이 아니다. 허블 상수의 역수를 적용하면 르메트르의 생각에 따르면 우주가 창조된 시점을 추정해 낼 수 있다. 따라서 이 상수를 이용하면 우주의 나이를 추정할 수 있다. 이것 역시 벨기에 물리학자이자 우주론자의 승인을 받지 못했다. 대부분 동시대인은 "빅뱅"이라는 개념을 거부하거나 너무 추측적이라고 생각했다.
우주의 나이는 얼마인가?
허블 상수가 현재로서는 여전히 너무 높다는 점도 반드시 도움이 되지는 않는다. 부정확한 분광기로 인해 에드윈 허블이 결정한 값은 초당 약 500km이고 Mpc(메가파섹)이다. 하지만 이를 기초로 거꾸로 계산해 보면, 우주는 불과 20억 년 전에 창조되었을 것이다. 1930년대에 이미 알려진 바에 따르면 너무나 짧은 시간이다. 지질학적 자료에 따르면, 지구조차도 훨씬 더 오래되었다.
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| ▲ 우주의 팽창을 통해 우리는 우주가 한 지점에 집중되어 있었던 시기를 계산할 수 있고, 이를 통해 우주의 나이를 알 수 있다. © Fredrik/ Waterced, CC-by-sa 4.0 |
허블 상수에 대한 몇 가지 수정과 다른 은하에 대한 측정을 거쳐 우주론자들은 르메트르의 시대에 우주의 나이가 약 100억 년 정도 되었을 것으로 추정했다. 즉, 오늘날 우리가 알고 있듯이 적어도 적절한 규모에 있다는 뜻이다. 그러나 그 당시 천문학자들은 태양이 훨씬 더 오래되었을 것이라고 가정했기 때문에 이 새로운 값은 그림에 맞지 않았다. 아인슈타인은 1931년 3월에 다음과 같이 주장했다. "문제는 물질의 팽창이 시간적 시작을 시사한다는 것이다. 그 효과에 대한 다른 설명이 매우 어렵기 때문에 상황은 매우 흥미롭다.”
그리고 오늘날에도 여전히 흥미로운 일이다. 우주론자들은 이제 우주의 나이와 빅뱅 시간을 약 138억 년으로 비교적 확실하게 좁혔지만, 허블 상수는 계속해서 모순과 토론을 불러일으키고 있다. 이는 초신성, 변광성, 적색 거성 및 기타 "우주적 기준"을 기반으로 결정된 값이 천체물리학자가 우주 배경 복사를 기반으로 초기 우주에 대해 결정한 값과 다르기 때문이다.
즉, 우주는 모델에서 예측한 것보다 더 빠른 속도로 확장되고 있다. (계속)
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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