우주에는 정말 시작이 있었는가?

오랜 옛날부터 많은 사람들은 별이 총총한 맑은 밤하늘을 바라보며 경탄하였습니다. 경이로운 우주의 광대함과 외경심을 불러일으키는 아름다움은 우리의 감각을 압도하는 듯합니다. 이 모든 것 배후에는 누가 혹은 무엇이 있습니까? 이 모든 것이 존재하는 이유는 무엇입니까? 이 모든 것은 항상 존재해 왔습니까, 아니면 시작이 있었습니까?

천문학 교수인 데이비드 L. 블록은 이렇게 기술하였습니다. “우주가 항상 존재해 온 것은 아니라는, 즉 우주에는 시작이 있었다는 견해가 언제나 인기 있었던 것은 아니다.” 하지만 우주에 대해 연구하는 대부분의 사람들은 최근 몇십 년 동안 수집된 증거로 인해 우주에 정말 시작이 있었다는 사실을 믿지 않을 수 없게 되었습니다. 1997년에 「U. S. 뉴스 앤드 월드 리포트」지는 이렇게 보도하였습니다. “오늘날 거의 모든 천체 물리학자들은, 대폭발이 일어나 물질이 사방으로 흩어지면서 우주가 생겨났다고 결론 내린다.”

일반적으로 받아들여지고 있는 이러한 결론에 관해, 컬럼비아 대학교의 천문학 및 지질학 교수인 로버트 자스트로는 이렇게 기술하였습니다. “이러한 일—우주의 갑작스러운 탄생—이 증명된 과학적 사실이 될 것이라고 예상할 수 있었던 천문학자는 거의 없었겠지만, 망원경을 통해 하늘을 관찰한 결과 그들은 그러한 결론을 내리지 않을 수 없었다.”

“우주의 갑작스러운 탄생”은 정말 “증명된 과학적 사실”입니까? 그러한 결론에 이르게 한 역사적인 증거를 살펴보도록 하겠습니다.

시작이 있었다는 증거

1916년에 알베르트 아인슈타인이 발표한 일반 상대성 이론에는 우주가 팽창하거나 수축하고 있다는 의미가 내포되어 있었습니다. 하지만 그러한 생각은, 당시 널리 받아들여지고 있던, 우주가 정지해 있다는 견해와는 정반대되는 것이었는데, 아인슈타인 역시 우주가 정지해 있다는 견해를 따르고 있었습니다. 그래서 아인슈타인은 우주에 대해 계산할 때 그가 “우주 상수”라고 부른 수를 사용하여 계산하였습니다. 이러한 조정을 한 이유는, 우주가 정지해 있으며 변하지 않는다는, 당시 널리 받아들여지고 있던 견해와 자신의 이론을 조화시키기 위해서였습니다.

하지만 1920년대에 수집된 증거로 인해, 아인슈타인은 자신이 상대성 이론에 가한 조정을 ‘일생일대의 실수’라고 부르게 되었습니다. 그러한 증거의 수집은 미국 캘리포니아 주에 있는 윌슨 산에 지름 254센티미터의 거대한 망원경이 설치되면서 가능해졌습니다. 1920년대에 그 망원경을 사용하여 관측한 결과, 우주가 팽창하고 있다는 사실이 증명되었습니다!

종전의 가장 큰 망원경으로는 우리의 은하계 안에 있는 개개의 별들밖에 식별할 수가 없었습니다. 성운이라고 알려진 점점이 흩어져 있는 뿌연 빛들에도 관측자들이 유의한 것은 사실이지만, 그러한 빛들은 일반적으로 우리 은하 즉 은하계 안에 있는 가스 형태의 물질이 소용돌이치고 있는 것이라고 생각하였습니다. 하지만 에드윈 허블은 윌슨 산에 있는 더욱 성능이 좋은 망원경을 사용하여 이러한 성운 안에 있는 개개의 별들을 식별해 냈습니다. 결국, 점점이 흩어져 있는 이러한 뿌연 빛들은 우리의 은하계와 같은 은하임이 판명되었습니다. 사실상, 현재 우주에는 500억에서 1250억 개의 은하가 있으며 각각의 은하에는 많게는 수천억 개의 별이 있는 것으로 추산됩니다!

1920년대 말에 허블은 또한 이러한 은하들이 우리에게서 멀어지고 있으며 우리와 멀리 떨어져 있는 은하일수록 그만큼 더 빠른 속도로 멀어져 간다는 사실을 발견하였습니다. 천문학자들은 은하의 후퇴 속도를 알아낼 때, 천체에서 나오는 빛의 스펙트럼을 촬영하는 분광 사진기를 사용합니다. 멀리 떨어져 있는 별에서 온 빛이 프리즘을 통과하면 그 빛은 여러가지 색으로 나뉘어집니다.

관측자에게서 멀어지고 있는 물체에서 나온 빛은 불그스름한 색을 띠게 되는데, 이것을 가리켜 적색 이동이라고 합니다. 반면에 가까워지고 있는 물체에서 나온 빛에서는 청색 이동이라고 하는 현상이 나타납니다. 의미심장하게도, 가까이에 있는 몇 개의 은하를 제외하고는, 알려져 있는 모든 은하에서 온 빛의 스펙트럼 선에서는 적색 이동 현상이 나타납니다. 따라서 과학자들은 우주가 질서 정연하게 팽창하고 있다고 확언합니다. 스펙트럼의 선들에서 적색 이동이 일어난 정도를 측정하면 우주의 팽창 속도를 알 수 있습니다.

우주가 팽창하고 있다는 사실로부터 어떤 결론에 이르게 되었습니까? 한 과학자는 사람들에게 그러한 과정을 역으로 생각해 보도록 권합니다. 다시 말해서, 우주가 팽창하는 장면이 담긴 필름을 반대 방향으로 돌려서 우주의 초기 역사를 보고 있다고 상상해 보십시오. 필름을 그렇게 거꾸로 돌려 보면, 우주가 팽창하고 있는 것이 아니라 후퇴 즉 수축하고 있는 장면이 보일 것입니다. 그리하여 우주는 결국 원래의 한 점으로 돌아가게 될 것입니다.

저명한 물리학자 스티븐 호킹은 1993년에 발행한 자신의 저서 「블랙홀과 아기 우주 및 기타 논문들」(Black Holes and Baby Universes and Other Essays)에서, “우주에 시작이 있었음이 분명하다는 사실을 과학적으로 예측하는 것이 가능하다”고 결론 내렸습니다.

하지만 불과 몇 년 전만 하더라도, 많은 사람들은 우주에 시작이 있었다고 믿지 않았습니다. 유명한 과학자 프레드 호일은 우주를 탄생시킨 사건을 냉소적으로 ‘대폭발’이라고 부르면서, 우주가 바로 그러한 대폭발을 통해 존재하게 되었다는 개념을 받아들이지 않았습니다. 무엇보다도 호일은, 그러한 역동적인 시작이 있었다면 그러한 사건이 일어났었다는 흔적이 우주 어딘가에 보존되어 있어야 할 것이라고 주장하였습니다. 말하자면 모종의 화석과도 같은 복사(radiation), 즉 미약하나마 모종의 잔광이 우주에 있어야 한다는 것입니다. 그러한 배경 복사를 찾기 위해 노력한 결과 무엇이 밝혀졌습니까?

「뉴욕 타임스」지 1998년 3월 8일자는, 1965년경에 “천문학자인 아노 펜지어스와 로버트 윌슨이 도처에 편재해 있는 배경 복사, 즉 최초의 폭발이 있은 후에 남은 섬광을 발견했다”고 보도하였습니다. 그 기사는 이렇게 부언하였습니다. “[대폭발] 이론은 확증된 것 같다.”

하지만 펜지어스와 윌슨의 발견이 있고 나서 여러 해 동안, 일부 사람들은 ‘대폭발 모델이 정말 정확하다면 우주 배경 복사 신호에서 약간의 불규칙성이 발견되지 않은 이유는 무엇인가?’라는 의문을 제기하였습니다. 은하가 형성되려면, 우주에 주위보다 온도는 더 낮으면서 밀도는 더 높은 곳들이 있어서 물질이 합쳐질 수 있어야 했을 것입니다. 하지만 펜지어스와 윌슨이 지표면에서 한 실험에서는 그러한 불규칙성이 발견되지 않았습니다.

따라서 1989년 11월에 미국 항공 우주국에서는 우주 배경 탐사 위성(COBE)을 우주 공간으로 쏘아 올렸습니다. 이 위성이 알아낸 사실은 기념비적인 발견이라고 일컬어졌습니다. 블록 교수는 이렇게 설명하였습니다. “우주 배경 탐사 위성에 장착된 차동 마이크로파 복사계(Differential Microwave Radiometer)가 포착한 잔물결 모양의 마이크로파 복사는, 먼 옛날에 은하들을 생성시킨 바로 그 파동이 우주에 남아 있다는 증거이다.”

증거가 내포하고 있는 의미

우주에 시작이 있었다는 사실로부터 우리는 어떤 점을 이끌어 낼 수 있습니까? 로버트 자스트로는 이렇게 말하였습니다. “그것을 가리켜 대폭발이라고 할 수도 있겠지만, 창조의 순간이라고 불러도 무방할 것이다.” 우주에 존재하는 배경 복사의 공동 발견자인 펜지어스는 이렇게 말하였습니다. “천문학은 독특한 사건, 즉 무(無)에서 우주가 창조된 사건으로 우리를 안내해 준다.” 또한 우주 배경 탐사 위성 팀의 팀장인 조지 스무트는 이렇게 말하였습니다. “우리가 발견한 것은 우주의 탄생에 대한 증거이다.”

우주에 시작이 있었다면, 즉 우주가 창조되었다면, 우주가 시작되게 하신 분 즉 우주의 창조주가 계시다고 결론 내리는 것이 합리적이지 않겠습니까? 많은 사람들이 그렇게 생각합니다. 스무트는 우주 배경 탐사 위성이 발견한 사실에 관해 이렇게 단언하였습니다. “이것은 마치 하느님을 보는 것과도 같다.”

물론, 최근 몇십 년 동안 발견된 과학적 증거 없이도, 수많은 사람들은 성서의 맨 처음에 나오는 다음과 같은 말에 믿음을 두었습니다. “태초에 하나님이 천지를 창조하시니라.”—창세 1:1.

하지만 모든 사람이 다 성서에 나오는 이 간단한 말을 인정하려고 하는 것은 아닙니다. “많은 과학자들은 우주에 시작 즉 창조의 순간이 있었다는 견해를 탐탁스럽게 생각하지 않았다”고 물리학자인 스티븐 호킹은 지적하였습니다. 그들은 “그 이론이 내포하고 있는 과학 외적 의미를 좋아하지 않았으며, 따라서 대체 이론을 만들어 내려고 고심하였다”고, 마이클 J. 비히는 기술하였습니다.

따라서 이러한 질문이 생깁니다. ‘우주는 과연 저절로 존재하게 되었는가? 우주는 우연히 생겨났는가, 아니면 지성 있는 창조주에 의해 창조되었는가?’ 이어지는 기사에서 제시되는 증거를 살펴보면 그러한 질문들에 대한 답을 얻게 될 것입니다.

[4, 5면 삽화]

윌슨 산에 있는 망원경은 우주에 시작이 있었다는 사실을 증명하는 데 도움이 되었다

[자료 제공]

워싱턴 카네기 연구소의 관측소