Science 명강의 우주나이가 150억년 인데 이를 1년으로 환산하면 별이 나와 진화를 시작 한 게 1월경, 태양계가 생성된 게 9월 초, 생명 시작은 12월 초, 그리고 인간이 지구에 첫발을 내딛은 시점은 바로 12월 31일의 마지막 1초에 해당한다. 즉 인간이 지구를 점한 시간은 우주로 본다면 순간에 불과하다.

또 우주의 크기를 시간으로 확인해 보면 빛이 지구에서 달까지 도달하는 데 1초가 걸리고, 태양까지는 8분, 태양계 마지막부분까지는 5시간, 그리고 제일 가까운 별까지 4년이 걸린다.

그런데 과학기술로 이 태양계를 벗어나는 데만 10년이 걸린다. 10년 전 쏘아올린 우주선 ‘보이저호’가 얼마 전 태양계를 벗어난 점이 이를 잘 반증한다.

신체 세포수, 우주 별 개수에 비견

1929년 허블이라는 천문학자는 사상 최초로 별 속을 들여다보고 눈에 보이는 어떤 별은 수천억 개의 별들로 구성돼 있다는 것을 확인했다. 즉 눈으로는 별 하나인데 이 것이 수천 억개 별들의 모임이라는 것이다. 그리고 현재 천문학은 우리 태양계가 속한 은하가 1,000억개의 별들로 모여있고 또 이런 은하가 우주에 천억 개 정도가 있다는 것을 밝혀냈다. 결과적으로 천 억개 곱하기 천 억개를 하면 우주에 존재하는 총 별의 개수를 알 수 있다.

그런데 미시세계로 와서 사람 몸을 보면 10의 28승 개의 세포로 구성돼 있다. 그래서 크기는 달라도 우주 별의 수와 그 개수면에서 엇비슷해 인간의 몸을 소우주라고도 한다. 참고로 우리가 움직일 때 60조개나 되는 세포를 지니고 다니는 것이므로 평소 잘 먹어둬야(?) 거동하기 수월하다.

한편 과학자들은 별빛을 통해 몇 가지 중요한 사실을 밝혀냈다. 우선 별빛에서 나오는 스펙트럼을 분석해서 우주는 수소와 헬륨이 3:1로 구성돼 있으며, 나머지는 원소는 극미량이 존재한다는 점과 우주가 가만히 있지 않고 팽창하면서 멀어져 감을 알게 됐다.

별빛을 분석하면 마치 사이렌 소리가 접근할 때 원리와 비슷한 현상을 볼 수 있다. 먼저 소방차의 사이렌 소리가 점점 가까워지면 소리는 계속 고음을 치닫다가 이후 차가 멀어지면서 소리가 저음으로 바뀌어 사라진다. 별빛도 마찬가지다. 별이 멀어지면서 마치 저음처럼 장(長)파장으로 옮겨가는 것을 관찰할 수 있다.

허블, 빅뱅 우주론 단서 제공

허블은 1929년 망원경으로 관찰한 자료를 분석해 모든 은하들이 우리 지구로부터 멀어지고 있는 것을 알아냈다. 또 더 멀리 떨어져 있는 은하가 더 빠른 속도로 멀어지고 있다는 사실도 발견했다. 즉 시간이 흐를수록 우주 팽창속도는 더 빨라진다는 사실도 확인했다. 이것이 바로 은하의 후퇴속도(지구로부터 멀어지는 속도)가 빠를수록 거리도 멀어진다는 ‘허블의 법칙’이다. 이 허블의 법칙은 우주 공간 자체가 팽창한다는 사실을 말해준다. 그런데 처음 허블의 법칙이 나왔을 때 사람들은 모든 별이 우리를 중심으로 팽창하는 줄 착각했으나 후에 중심이 없이 모두 팽창한다는 것을 알게 됐다.

만약 팽창하는 우주를 영화로 만들어서 필름을 거꾸로 돌리면 어떤 일이 벌어질까? 팽창하는 우주 속에서 서로 멀어지던 은하들이 반대로 수축하는 우주 속에서 서로 가까워진다. 결국 우주의 모든 은하(물질)들이 한 점으로 모이는 상황이 발생한다. 이것이 오늘날 우주 탄생모델 중 하나인 ‘빅뱅 우주론’이다. 즉 빅뱅이 일어나는 순간이 바로 우주의 시작인 셈이다. 그밖에 과학자들은 빛이 변하는 변광성을 이용해 먼 거리의 별도 거리측정을 해 낼 수 있는 방법도 규명해냈다.

세상 어려워도 우주는 장미빛(?)

그렇다면 최초 우주가 만들어져 질 때 수소 헬륨 등이 어떻게 만들어졌는가. 수소, 헬륨 등의 원자 속에는 전자, 양성자, 중성자 등으로 구성돼 있다.

또 양성자와 중성자는 쿼크로 이뤄져 있다. 쿼크는 지금까지 인간이 발견한 최소 입자다. 이 쿼크는 분자가 원자로 쪼개진 뒤 다시 원자는 양성자, 마지막으로 이 양성자가 쿼크로 나뉘게 된다.

양성자는 (+)전하를 띤 두 개의 ‘상승(up)쿼크’와 (–)전하를 띤 하나의 하강(down)쿼크로 나뉜다. 반면 중성자는 한 개의 상승쿼크와 두개의 하강쿼크로 나뉜다. 가령 헬륨의 경우 2개의 양성자와 2개의 중성자가 포함돼 있다. 만약 헬륨이 양성자 2개로만 구성돼 있으면 원소를 구성하지 못한 채 상호반발력으로 튀어나갈 것인데, 두 개의 중성자가 각각 양성자 사이에서 손을 잡아주는 역할을 한다. 이처럼 원자 내부에서 양성자를 잡아두는 역할을 하는 중성자는 수소 이외의 모든 원소에 존재한다.

이후 우주의 에너지가 낮아지면서 우주를 떠돌던 전자들이 양성자와 중성자가 서로 연결된 형태 외부에 붙잡히게 됐다. 그래서 원자는 양성자와 중성자로 구성된, 그리고 외곽에 전자들이 분포를 하게 된 형태를 띠게 됐다. 또 이것이 우주물질의 구성단위가 된 것이다.

한편 우주를 보면 붉은 색이 많은 데 이는 별 주위를 덮은 수소가 잃었던 전자와 재결합할 때 장미빛 스펙트럼을 낸다. 그래서 세상은 어려워도 우주는 장미빛이라 할 수 있다.

<정리=서현교 객원기자>