빅뱅 우주론을 부정하기 위해 만들어졌던 정상우주론

예로부터 지금까지 인류가 꾸준하게 궁금해하고 있는 질문 하나 우린 어디서 왔는가? 그리고 이 질문에 대한 대답은 몇백 년 전까지만 해도 빛이 있으라였습니다. 
지금이야 우주의 탄생이 빅뱅으로 시작됐다는 것을 거의 대부분 알고 있으나, 불과 몇백 년 전까지만 해도 우주 탄생 이론의 주류는 빅뱅이 아닌 창조론이었죠.

하지만 과학과 기술이 발달하면서 이 우주는 신이 창조하였다기 보다는 빅뱅이라는 일련의 사건으로 시작되었다는 것이 더욱 타당하다는 이야기가 나오기 시작하였고, 우주 배경 복사, 우주의 존재하는 수소와 헬륨의 질량비, 엔트로피의 법칙 등 빅뱅 우주론을 지지하는 증거들이 발견되면서 이제는 우주가 빅뱅으로 시작되었다는 건 하나의 상식이 되었습니다.

그리고 우리는 빅뱅의 증거를 찾기 위해서, 우주의 진실을 더욱 파헤치기 위해서 2021년 12월 25일 인류 역사상 가장 위대한 망원경, 제임스 웹 우주망원경을 발사하게 되는데요. 
제임스 웹 우주 망원경은 인류 최고의 망원경답게 지금까지는 받아볼 수 없었던 양질의 정보를 우리에게 전달해 주었고, 이는 우리가 우주를 이해하는 데 아주 큰 도움이 되었죠.

그런데 지난 2월, 제임스 웹 우주 망원경은 우리가 도저히 이해할 수 없는, 믿을 수 없는 충격적인 사진 몇 장을 보내오는데요. 
이 사진은 우리가 지금까지 진실이라고 믿어왔던 빅뱅 이론에서는 절대 나올 수 없는, 아니 나오면 안 되는 그런 사진이었죠. 
결국 충격적인 관측 결과에 천문학계를 비롯한 여러 학자들은 큰 충격에 휩싸이게 됩니다. 
설마 우리가 지금까지 진실이라고 믿어왔던 빅뱅 이론이 흔들리는 것은 아닐까 하고 말이죠. 
그렇다면

과연 제임스 웹 우주망원경이 보내온 사진에는 어떤 것이 담겨 있었던 걸까요? 정말 우리가 진실이라고 믿어오던 빅뱅 이론이 사실은 틀렸던 걸까요? 오늘 밤 구석에서 알아볼 과학 빅뱅 이론을 흔들어 놓은 제임스 웹의 놀라운 발견 지금 바로 시작합니다. 
사실 우주의 탄생에 대해 이야기하는 이론에는 지금까지 꽤나 다양한 것들이 있었는데요. 
신이 자연적 방법을 창조해 사용했다고 보는 진화 창조론부터, 천지가 1만 년 전에 창조됐다고 믿는 젊은 지구 창조론, 과학적으로 밝혀진

지구와 우주의 나이를 인정하긴 하지만, 긴 시간에 걸쳐서 개개인의 생명체들이 창조되었다는 오랜 지구 창조론 등등 연대나 순서, 또는 그 방법을 어떻게 이해하느냐에 따라 정말 다양한 창조론들이 존재하고 있죠. 
이런 창조론들을 오늘날 기독교에서 많이 사용하는 탓에, 창조론은 터무니 없고 비과학적인 것이라고 폄하하는 경우가 많은데, 이들도 나름 주류 이론으로 인정받기 위해서, 단지 성경 본문에서 증거를 찾기 보다는 다양한 설명 체계를 만들며 과학적으로 인정받으려 노력해 왔습니다.

그러나 우주의 기원, 지구의 형성, 생명체의 탄생, 종의 분화 등 현대 과학에 있어 가장 중요한 쟁점인 핵심을 설명할 수는 없어 창조론은 우주 탄생 이론에서 점차 사장되게 되었죠. 
그리고 1927년, 벨기에 레번 가톨릭 대학의 조르주 르메트르가 아인슈타인의 장 방정식에서 우주가 팽창한다는 것을 수학적으로 증명해내며, 이는 결국 빅뱅이론을 탄생케 하는데요. 
그러나 한 점에서 알 수 없는 원인으로

폭발을 해 이 거대한 우주가 탄생하였다는 점은, 창조론의 빛이 이스라를 연상시킨다는 탓에 많은 핍박을 받기도 하였죠. 
게다가 이 발견을 한 과학자, 조르주 르메트르가 신부라는 점도 빅뱅 이론을 공격하는 데 톡톡히 역할을 하였습니다. 
하지만 시간이 흘러, 허브리 멀리 있는 은하가 우주 팽창에 의해 더 멀어지고 있다는 증거 적색 편의를 관측함에 따라, 빅뱅 우주론은 점차 힘을 받기

시작합니다. 이 과정에서 우주가 팽창한다는 사실은 받아들이나, 빅뱅이로는 받아들이지 못한 과학자 프레드 호일이 팽창한 진공 공간을 위해, 사람이 관측할 수 없을 정도로 극도로 적은 수소 원자가 저절로 생성된다는 정상우주론을 제시하기도 하였지만 빅뱅 우주론의 최대 증거인 우주 배경 복사가 관측되며, 현재 우주 탄생의 이론에 있어 가장 유력한 것은 빅뱅 이론으로 이야기되고 있습니다.

그렇게 오랜 세월 동안 빅뱅 이론이 우주 탄생 이론의 주류로 인정받으며, 수많은 천문학자들은 나아가 우주 탄생의 비밀에 대해 연구하기 시작했는데요. 
그런데 이런 목적으로 쏘아 올린 제임스 웹 우주 망원경이 믿을 수 없는 사진 몇 장을 보내옵니다. 
이 사진에 따르면, 지금까지 우리가 엄청난 노력 끝에 지켜낸 빅뱅 이론이 무너지고, 그와 첨예하게

했던 정상우주론이 다시 떠오르게 될 수도 있었죠. 
그렇다면 과연 이 사진이 무엇이었길래, 완벽해 보였던 빅뱅 이론에 흠이 가게 한 것일까요?

세간의 충격을 안겨준 제임스 웹 우주망원경의 사진은 국제학술지 네이처에 논문으로 실리게 됩니다. 
그에 따르면, 최근 천문학자들은 제임스 웹 우주망원경을 통해 지구로부터 아주 멀리 떨어져 있는 은하 6개를 새롭게 포착했는데요 얼마나 멀리 떨어져 있는지 확인할 수 있는 지표인 적색 편의 값을 보자. 
그 값은 무려 7에서 쉽게 말해, 이 천체는 지금으로부터 약 131억 년에서 133억 년 전 탄생했던, 아주 오래된, 그리고 우주 탄생

5억에서 7억 년 만에 탄생한 아기 은하라는 것이었습니다. 
사실은 오래된 은하를 발견했다는 것이 대단하긴 하지만, 충격을 줄 정도는 아니었는데 얼마 전 유 씨 la의 토마소 트레우 교수가 이끄는 국제천문학 연구팀은 우주가 만들어진 후 약 3억 5천 년 정도 지난 시기의 은하인 글래스 일리를 관측하기도 했기 때문이죠. 
오래된 은하들은 빅뱅 직후 탄생한 우주의 환경을 엿볼 수

있기 때문에, 학술적으로 굉장히 중요한 자원이긴 하지만, 우리를 놀라게 한 건 그것 때문이 아니었는데요 이번에 발견한 은하 gng 101이 예상보다 너무나도 박다는 거였죠 그렇다면 박다는 게 도대체 무슨 상관일까? 혹시 여러분들은 이런 생각을 해보신 적이 있으신가요? 아니, 직접 가본 곳은 기껏해 봐야 달밖에 없으면서 저 멀리 있는 별 무게는 어떻게 잰다는 거야?

이상하긴 합니다. 아직 코앞에 있는 화성에 대해서도 탐사선을 보내면서까지 정보를 얻어오는데, 저 멀리 10억 광년 넘게 떨어져 있는 별들의 질량은 어떻게 안다는 것일까요? 단순히 눈대중으로 재는 것일까요? 당연히 천문학자들이 그런 방식으로 과학을 할 리가 없었고, 생각보다 놀라운 방법으로 별의 질량을 측정, 바로 별이 얼마나 밝게 빛나냐로 말이죠. 
그렇다면 과연 빛나는 것과 별의 질량이 무슨 상관일까? 태양과 같은 항성들은 지금도 매분 매초 엄청난 수소를 태우며 발광을 하고 있습니다.

그런데 만약 이 태양이 지금보다 수십 배 커진다면 어떻게 될까요? 태양이 커짐에 따라 질량이 늘어나고, 내부 압력 역시 늘어나면서 태양은 수소 핵융합 뿐 아니라 나아가 헬륨, 리튬도 핵융합이 가능해질 수도 있습니다. 
그리고 핵융합 과정이 더욱 많이, 활발하게 일어남에 따라 태양이 내뿜는 빛의 양과 발기도 훨씬 강해지게 되겠죠 그렇게 우리는 어떠한 별이 얼마만큼의 빛을 내냐에 따라 아무리 멀리 떨어져 있는 별일지라도 그 별의 질량을 측정할 수

있게 된 것이었습니다. 그리고 이 방식에 의해 이번에 제임스 웹 우주망원경이 발견한 초기 은하 6개의 질량을 계산해 봤는데, 무려 태양의 100억 배라는 값이 나오게 되었죠. 
그중 가장 무거운 것은 심지어 태양 질량의 1천억 배를 뛰어넘는 것도 있었습니다. 
그렇다면 이건 또 무슨 상관이길래 이 사진 몇 장이 빅뱅이론을 파괴한다고 난리가 난 것일까? 문제는 이 초기 은하들이

우주가 탄생한 지 얼마 되지 않은 시점에서 나타났다는 것이었습니다. 
이 거대한 우주에 태양 질량을 뛰어넘는 천체들은 굉장히 많지만, 고작 우주가 탄생하고 5억 년 정도 밖에 지나지 않은 상태에서는 이렇게 거대한 은하가 만들어질 수 없다는 건데요. 
기존의 모델과 시뮬레이션으로는 전혀 예상할 수 없었던 수치로, 우주 초기에는 비교적 작은 은하가 만들어질 것이라는 우리의 예상과는 달리, 이미 오래 전부터 엄청난 크기의 은하가 많이 존재했다는 뜻이죠.

그리고 이 사실은 오래전에 사장되었던, 예나 지금이나 우주의 크기에는 변함이 없다는 정적 우주론을, 또는 빈 공간에서 갑자기 수소가 생겨난다는 정상 우주론을 떠올리게 하기도 하였다. 
그렇지 않고서는 우주 탄생 직후 5억 년 만에 이만한 크기의 은하가 형성될 수 없으니까요. 
그렇다면 과연 우리가 오래토록 믿어왔던

빅뱅 우주론은 결국 잘못된 것일까요? 정말 프레드 호일이 주장했던 정상우주론을 다시 불러와야 하는 것일까요?

결론부터 말하자면, 다행히도 아직까지 빅뱅 우조로은 건재합니다. 
빅뱅 우조로는 전혀 틀리지 않았으며, 이 귀한 현상 역시 모두 과학적으로 설명이 가능하죠. 
이런 해프닝이 벌어진 데에는 결국 우리의 계산 방식에 문제가 있었습니다. 
앞서 말했듯, 우리는 저 멀리 떨어져 있는 은하의 질량을 구할 때, 그 은하가 내뿜는 빛을 먼저 측정합니다. 
그리고 측정한 결과 값을 바탕으로 이런 경우에는 이랬다, 저런 경우에는 저랬다 하는, 지금까지 측정을 통해 경험적으로 쌓아왔던 은하들의

빛과 질량의 관계인 초기 질량 함수, 혹은 imf라는 것에 넣어 결과를 계산하게 되죠. 
측정한 결과에 어떤 초기 질량 함수를 적용하느냐에 따라 은아의 질량은 천차만별로 달라질 수 있는데요. 
예를 들어, 어떠한 한 은하가 질량이 어두운 빛을 내는 별 100개로 구성되어 있을 수도 있고, 혹은 질량이 무거우면서 엄청나게 밝은 빛을 내는 별 1개로 구성되어 있을 수도 있죠.

하지만 다행히 지금까지 측정해온 은하들은 전부 비슷한 분포를 가지고 있었고, 그에 따라 현재는 어느 정도 적립된 초기 질량 함수를 사용하게 됩니다. 
그런데 여기서 중요한 건, 과연 빅뱅 초기의 우주와 현재 우주의 구성이 똑같다고, 아니 비슷하다고 할 수 있을까요? 빅뱅 직후 초기 우주에는 아주 활발한 화학 반응이 일어나지 않아 우주에는 기껏 해 봐야 수소와 헬륨밖에 존재하지. 
그러나 시간이 흐르면서 셀 수도 없이 많은 별들이 탄생하고 사라지면서 점점 무거운 원소들을 탄생시켰고, 이는 당연하게도 우주의 화학 조성에 영향을 끼쳤겠죠.

그에 따라 지금은 예를 들어 한 은하의 어두운 별 100개, 밝은 별 10개라는 규칙이 있지만, 과거에는 어두운 별 1천 개, 밝은 별 한 개일지, 어두운 별 0개, 밝은 별 100개일지는 아무도 모른다는 겁니다. 
다시 말해 이번에 제임스 웹 우주망원경이 한 은하를 현재의 초기 질량 함수로 해석하게 된다면 그 값은 믿을 수 없는 값이고, 그렇기 때문에 기존의

뱅이론에는 맞지 않는 이상한 값이 나왔다는 거죠. 
결론적으로 빅뱅 이론은 아직까지도 여전히 건재하며, 여기서 우리가 얻을 수 있는 것은 저 멀리 떨어져 있는 은하를 연구할 때에는 새로운 초기 질량 함수가 필요하다는 것입니다. 
그리고 그에 따라 우리는 지금까지 잘못 생각했던 부분들을 바로잡으며 또다시 우주의 탄생과 비밀에 대해 한 발자국 나아가게 되겠죠. 
예로부터 우주의 기원, 지구의 형성, 생명체의 탄생, 종의 분화 등 미시적인 것부터 거시적인 것까지 모든 것을 궁금해 왔던 인류

다행히 과학이 발전함에 따라 이 우주는 빅뱅이라는 것을 통해 탄생했으며, 그에 따라 지구도 형성되었고, 그 지구의 생명체가 우연히 탄생하게 되었다는 것까지 알게 되었습니다. 
이번 제임스 웹 우주망원경이 관측한 결과가 굳건해 보였던 빅뱅 이론을 흔들어 놓는 것처럼 보이기도 했지만, 결국은 빅뱅 이론을 조금 더 탄탄하게 만들어 줄 뿐이었죠.

혹자는 빅뱅 이론이 무조건 맞다는 것을 전제로 이번 관측 결과를 끼워 맞춘 것이 아니냐고 말하기도 합니다. 
그러나 지금까지 있어왔던 수많은 이론들은 항상 이런 식으로 공격받기도 하고 방어하기도 하며, 결국은 올바른 방향으로 나아갈 뿐이었죠. 
만약 빅뱅 우주론이 결국에는 틀린 것이었다고 할지라도 이러한 노력 끝에 결국 우리는 우주 탄생의 비밀을 밝혀낼 겁니다. 
마치

빅뱅 우주론을 부정하기 위해 만들어졌던 정상우주론이 오히려 천문학에 거대한 영향을 끼친 것처럼 말이죠. 
결국 중요한 것은 하나입니다. 과연 이 우주, 어떻게 만들어졌는가? 물리학과 천문학에 지대한 영향을 끼친 인류 최고의 과학자 알버트 아인슈타인은 말했습니다. 
나는 신이 세상을 어떻게 만들었는지 알고 싶다. 
이러저러한 현상이나 이러저러한 원수의 스펙트럼에는 관심이 없다. 
다만 그의 생각을 알고 싶을 뿐이다.