흥미진진과학스토리<55> 우주론 (4) - 아주 평범한 항성, 태양

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우주론 (4) - 아주 평범한 항성, 태양

 

(아이작 뉴턴. 만유인력의 법칙을 증명하여 인류역사상 가장 중요한 과학자 중 한 명이 된다).   

뉴턴(Isaac Newton, 1643 ~1726)이 살던 시대도 하늘의 별은 여전히 신의 영역이었다. 그 완벽한 별들의 질서를 파괴하는 혜성은 지구의 모든 곳에서 왕의 죽음이나 전염병의 징조로 해석되었다. 그럼에도 과학자였던 뉴턴에게 혜성이란 다른 행성인 지구나 목성처럼 대수롭지 않게 태양을 공전하는 평범한 천체에 불과했다. 그저 만유인력의 법칙에 따라서 공전할 뿐 전염병 따위를 몰고 올 일은 없었다. 그러나 그것을 아는 사람은 많지 않았다.

 

 이제 우주의 미래에 대해서 고민할 시간이다. 뉴턴의 만유인력은 중력에 관한 법칙이고 중력은 서로 끌어당기는 힘을 말한다. 뉴턴의 법칙에 따르면 우주의 만물은 서로를 끌어당기고 있다. 그렇다면 우주는 결국에는 한 덩어리가 될 운명인 것이다. 그런데 우리 눈에 보이는 우주는 평화롭다. 힘은 균형을 이루고 있고, 별들도 늘 제자리에서 잘 돌고 있다. 그렇다면 종국에는 이 우주가 서로 들러붙어 버리지 않을까? 뉴턴의 의도는 아니었지만 그는 우주의 미래에 대한 암울한 의문을 던지게 된 것이다. 이 의문을 더욱 깊게 만든 장본인은 다름 아닌 아인슈타인(Albert Einstein, 1879~1955 )이었다.

 아인슈타인은 1905년에 ‘특수상대성이론’을 발표한다. E = mc² 이라는 식은 너무나 유명하다. 그리고 1915년에 발표한 ‘일반상대성이론’을 발표하는데 이 방정식은 중력에 관한 것이다.  이때는 과학도 많이 발전하여 정밀한 관측자료가 풍부해졌다. 아인슈타인은 1917년에 일반상대성이론에 근거하여 우주의 모습을 계산해 보았다. 그런데 자신의 방정식을 통해서 본 우주는 결국 우주는 수축해 버릴 운명이었다. 아인슈타인은 수축도, 팽창도 하지 않는 아름다운 우주, 다른 말로 ‘정상 우주론’을 상상했다. 아니 사랑했다. 그리고 우리 눈에 보이는 우주 역시 그런 우주였다. 석기시대의 사람들이 보았듯 지금 하늘을 보아도 그 어디에서도 불안한 징조를 찾을 길은 없었다. 그렇다면 아인슈타인의 일반상대성이론이 틀렸다는 것일까? 

 그렇지 않다. 그의 방정식에 따라 우주는 한 치의 오차도 없이 잘 돌아가고 있었다. 심지어 1,000년 후의 행성의 위치까지도 정확하게 계산이 맞아 떨어진다. 그런데 그 방정식은 우주가 쪼글라든다고 말하고 있었다. 아인슈타인은 좌절했다. 그리고 어쩔 수 없이 사랑하는 우주를 유지하기 위하여 궁여지책으로 ‘우주상수’를 도입하여 쪼그라드는 힘에 대항하는 팽창하는 힘, 즉 인력이 아닌 척력을 인위적으로 만들어 방정식에 균형을 맞춘다. 우주의 쪼그라드는 운명을 막아버린 것이다. 그러면서도 그는 “우주상수가 이 이론의 아름다움을 심하게 훼손하고 있다.”고 심하게 자책한 것으로 알려졌다.

 

과학하는 사람들 허심

 

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