UPDATED. 2019-04-25 18:09 (목)
"우주의 바깥?, 아무도 모른다"
"우주의 바깥?, 아무도 모른다"
  • 김재호
  • 승인 2019.03.26 10:25
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

[궁극의 우주 강연] "우주는 어떻게 시작되었는가? - 빅뱅" _ 김형도 서울대 교수

카오스재단의 2019년도 봄 강연 ‘기원 : 궁극의 질문들’이 닻을 올렸다. 지난주 ‘우주론의 기원’을 시작으로 ‘창의성의 기원, 뇌가 사랑한 오브제’까지 생명과 물질, 우주의 기원에 대한 종합적인 논의가 이뤄질 예정이다. 13일에는 두 번째 강연으로 ‘우주는 어떻게 시작되었는가? -빅뱅’이 펼쳐졌다.

강연자 서울대 김형도 교수(물리천문학부)는 사전 인터뷰에서 우주가 얼마나 크며, 우주 밖에는 무엇이 있는지에 대한 질문을 종종 받는다고 했다. 김 교수는 “우리가 관측으로써 알 수 있는 것은 우주의 나이에 해당하는 만큼의 시간 동안 빛이 도달할 수 있는 거리까지만 볼 수 있다”며 “그(우주) 바깥에 무엇이 있는지는 사실은 아무도 모른다”고 말했다. 아울러, 그는 “우주는 보통사람이 생각하는 것보다 훨씬 크고 넓다”고 말했다.

또한 힉스 입자가 우주를 이해하는 중요한 이유에 대해 김 교수의 설명은 다음과 같다. 표준모형을 따르면 힉스 입자가 모든 입자의 질량을 책임진다고 이해한다. 전자나 쿼크 등의 질량을 이해하려면, 즉 세상을 이루는 모든 물질의 질량을 이해하는 단초가 바로 힉스 입자다. 특히 힉스 입자의 발견이 새롭게 알려주는 사실은 우리 우주는 준안정 상태로 궁극적으로 다른 진공으로 붕괴할 운명이라는 점이다.  

태초의 우주는 밀도가 높고 뜨거웠다. 즉, 플라즈마 상태였다. 이때는 빛조차 자유롭지 못한 불투명한 단계였다. 그 시기를 지나 조금씩 우주가 식어가면서 빛이 자유롭게 투명한 곳으로 나아가게 됐다. 그 빛들을 현재 우리가 보고 있다. 그게 바로 우주배경복사이다. 김형도 교수는 “급팽창이 일어나기 전의 우주는 무엇인지는 설명할 수 없고, 그 후에 이야기를 하는 것이다”고 말했다.

빛이 도달해야 볼 수 있는 우주의 역사

별들이 탄생한 과정에 대한 설명은 다음과 같다. 몇 달 안 쓴 창고를 보면 먼지들이 덩어리로 뭉쳐서 움직이는 것들을 본 적이 있을 것이다. 마찬가지로 우주의 수소 기체들이 모이면서 핵융합이 일어나고 별들이 생겼다. 지금 은하의 모습이 탄생하기 시작한 것이다. 현재는 크고 차갑고 밀도가 낮은 우주이다.

빛의 속도는 1초에 30만km로 일정하다. 지구에서 달까지 1.2초가 걸리고, 지구에서 태양까지는 500초가 걸린다. 다시 말해 내가 보고 있는 태양은 8분 전의 태양이라는 것이다. 8분 후에 어떤 일이 일어났는지 모른다. 우주도 마찬가지다.
 
우리가 보는 우주의 모습은 멀수록 과거의 우리의 모습이다. 이번 강연에서 흥미로웠던 건 ‘빛과 함께 여행하기(Riding Light)’였다. 우리가 보는 우주의 모습은 멀수록 과거의 우리의 모습이다. 김 교수는 현재의 개구리와 예전의 올챙이, 맨 처음의 개구리 알로 비유했다. 즉, 초기 우주는 개구리 알들이 퍼져 있었을 것이라고 유추할 수 있다.

빅뱅 후 전 우주로 퍼진 우주배경복사는 우주의 모든 방향에서 온 빛의 온도가 동일하다는 걸 알려준다. 우주배경복사는 빅뱅의 직접적인 증거로 간주된다. 이외에도 빅뱅 핵합성이나 원소의 구성 비율을 보면 빅뱅이 맞는다는 걸 과학적으로 확인할 수 있다. 하지만 빅뱅은 두 가지 문제점을 갖고 있다. 첫째, 지평선 문제로 왜 모든 곳의 온도가 같았을까, 전 우주가 균일하고 똑같은 물리법칙을 따를 수 있는가이다. 둘째, 왜 우주는 평평하냐는 점다. 이에 대해 김 교수는 “진공에너지=암흑에너지=우주 상수=인플레이션=급팽창”의 설명을 이어갔다.

패널토의에선 한양대 김항배 교수(물리학과)가 함께 했다. 주제는 ‘시간은 왜 한 방향으로 흐르는가?’와 ‘인류는 어떻게 태어났는가?(인류원리)’이다. 내용을 종합하면, 시간의 흐름은 엔트로피의 증가 방향과 연관된다. 물에 잉크 방울을 떨어뜨리면, 물분자와 잉크분자가 섞이면 퍼진다. 엉겁의 세월이 지나 잉크방울이 맨 처음 상태처럼 돌아갈 수 있을까. 불가능하다. 즉, 엔트로피가 낮은 상태의 확률은 지극히 낮다. 한편, 양자의 세계에서는 시간을 구분하는 게 의미 없을 수 있다.

1970년대 생긴 인류원리 강한 인류원리와 약한 인류원리로 나뉜다. 전자는 우리가 갖고 있는 물리법칙이 인간의 존재를 보장해야 한다고 주장한다. 후자는 물리원칙이 다양한 값들을 가질 수 있다고 가정한다. 여기서 다중우주가 주장된다. 여러 우주상수 중에 현재 버전의 우주가 탄생하게 되는 것이다. 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.