■ 우주는 무한한가? 끝이 있다면, 어디쯤일까?

 

■ 우주는 무한한가? 끝이 있다면, 어디쯤일까?

 

● 우리 은하계 바깥으로 나가면, 우주는 어떻게 보일까?

 

'우주의 끝' 문제는 언제나 우리의 지적 호기심을 자극하는 흥미로운 주제이다. 우리 머리 바로 위에는 하늘이 있다. 과학자들이 그것을 대기(atmosphere)라고 부르기도 한다. 대기(atmosphere) 속에는 질소 78%, 산소 20%, 비활성 기체 2% 정도로 구성되어 있다. 대기(atmosphere)는 지구 위로 약 32km 높이까지 뻗어 있다. 대기를 이루며, 우리 주위에 떠다니는 것은 분자의 혼합물이다. 아주 작은 공기의 입자들은 우리가 숨을 쉴 때마다 수십억 개의 우리 몸 속으로 흡수된다. 대기층 위로는 우주 공간이 펼쳐져 있다. 대기 성분의 분자가 극히 희박하며, 그 사이에 빈 공간이 많기 때문에 스페이스(Space)라 부른다.

 

● 지구, 태양계, 우리 은하계, 그리고 우주

 

우주 여행을 시작할 때, 우리는 먼저 낯익은 몇 곳을 알아볼 수 있다. 태양계 행성들이 바로 그것이다. 지구는 태양 궤도를 도는 행성 그룹의 일부이다. 궤도를 도는 천체 무리에는 소행성과 혜성도 섞여 있다. 우리의 태양은 실제로는 평범한 별들 중 하나일 뿐이다. 지구에서 태양까지 거리는 1억 5,000만km이다. 태양이 우리에게 엄청 가까이 있는 것처럼 보이기 때문에 다른 별들보다 더 크고 밝게 보인다. 태양 다음으로 가장 가까운 별은 프록시마 센타우리(Proxima Centauri)란 별인데, 거리가 무려 4.2광년이다.

 

태양을 출발한 빛이 지구에 도착하는 데는 약 8분 걸리지만, 프록시마 센타우리(Proxima Centauri)까지 가는 데는 무려 4.2년이 걸린다는 뜻이다. 지구-태양 간 거리의 거의 30만 배로, 미터법으로 따지면 약 40조km나 되는 어마어마한 거리이다. 인류가 지금까지 이룩한 최고의 속도는 명왕성을 탐사한 NASA의 뉴허라이즌스(New Horizons)호가 기록한 초속 23km이다. 총알의 속도가 약 초속 1km인 것을 생각하면, 뉴허라이즌스(New Horizons)가 얼마나 빠른 속도로 날아갔는지 실감할 수 있다. 서울-부산 간 거리 450km도 뉴호라이즌스라면, 20초 만에 주파한다. 그러니, 이 뉴호라이즌스도 프록시마 센타우리까지 가는 데, 무려 5만 년 이상 걸린다. 왕복 10만 년이다. 가장 가까운 별까지 가는 데만도 이런 엄청난 시간이 걸리는 것이다.

 

우리 은하계(galaxy)에는 약 4000억 개가 별들이 있다. 별을 집에 비유한다면, 은하는 집으로 가득 찬 도시와 같다고 할 수 있다. 만약, 우리가 은하 바깥으로 충분히 멀리 나가서 우리 은하를 돌아다본다면, 4,000억 개의 별들이 모두 한데 엉겨붙은 모습으로 보일 것이다. 최근 천문학자들은 대부분의 별들이 자체 궤도를 도는 행성들을 가지고 있다는 사실을 알게 되었다. 이들 외계 행성 중 일부는 지구와 비슷한 환경일 수도 있으며, 따라서 외계 생명체가 서식할 수 있을지도 모른다고 추정하기도 한다. 또한, 인간 같은 지성체가 존재하지 말라는 법도 없다. 이 광대한 우주에 우리 인류만 존재한다면, 그것은 너무나 엄청난 공간의 낭비일 것이다.

 

우주(universe)에는 약 2조개의 은하(galaxy)가 있는 것으로 추정되고 있다. 만약, 우리가 우주선을 타고 다른 은하계에 도달하려면, 수백만 광년 우주 공간을 떠돌면서 여행해야 한다. 그 공간의 대부분은 거의 완전히 비어 있는 진공 상태이며, 다만 과학자들이 '암흑 물질'(dark matter)이라고 부르는, 볼 수도 없고 정체도 모를 분자와 입자들만 있을 뿐이다. 천문학자들은 큰 망원경을 사용하여 수백만 개의 은하계를 관측했는데, 수백만 개의 은하계들은 우주(universe)의 모든 방향으로 계속 나아가고 있는 중이라는 사실을 관찰했다.

 

우리가 만약 수백만 년에 걸쳐 충분히 오랫동안 볼 수만 있다면, 모든 은하들 사이에 점차 새로운 공간이 늘어나는 것을 볼 수 있을 것이다. 풍선에 많은 점들을 찍어놓은 다음, 그것을 크게 부풀리면, 풍선의 점들 사이의 간격이 모두 벌어지는 것을 볼 수 있다. 우주(universe)가 팽창하고 있는 것을 시각화하려면, 이 풍선을 상상해보면 된다. 은하와 은하 사이는 점점 벌어지고 있고, 결국 나중에는 우리 시야에 어떤 은하도 보이지 않게 될 것이다.

 

● 우주(universe)는 끝이 있는 것일까?

 

당신이 원하는 만큼 계속 우주선을 가속해 나아간다면, 모든 우주의 은하들을 뒤로 하고 영원히 날아갈 수 있을까? 또는, 모든 방향으로 무한한 수의 은하들이 계속 줄지어 나타날까? 그것도 아니라면, 결국 모든 것이 끝나는 지점이 있을까? 끝난다면 어떻게, 무엇으로 끝날까? 이는 과학자들이 아직 명확한 답을 얻지 못한 질문들이다. ★ 대체로 많은 사람들은 우주가 사방으로 팽창하고 있고, 은하들은 점점 멀어질 것이라고 생각한다. 이러한 가설의 경우, 우주는 끝도 경계도 없는 무한한 것이다.

 

★ 그러나, 우주는 끝이 있다고 일부 과학들은 주장하기도 한다. 이런 ​반론을 펴는 과학자들에 대해 '뉴욕타임스'는 "우주가 어디선가 끝이 있다고 주장하는 과학자들은 우리에게 그 바깥에 무엇이 있는지 알려줄 의무가 있다"고 전하기도 했다. 그들은 우주를 여행하는 우주선은 결국 언젠가는 출발했던 원래 그 자리로 돌아올 것이라고 생각한다. 왜냐하면, 아인슈타인의 일반상대성 이론에 따르면, 우주에 존재하는 물질이 공간을 휘어지게 만들고, 그래서 우주 전체로 볼 때, 우주는 그 자체로 완전히 휘어져 들어오는 닫힌 시스템으로 안팎이 따로 없는 구조이기 때문이라는 것이다. 만약 개미가 이차원 구면인 지구 표면을 기어간다면, 그 개미는 영원히 끝에 도달할 수 없으며, 언젠가는 출발한 그 자리로 되돌아오게 된다. 삼차원 우주 공간은 이처럼 휘어져 있다는 뜻이다. 이 경우 우주는 무한하지 않다는 뜻이다.

 

● 어쨌든 두 경우 모두 우리는 우주의 끝에 도달할 수 없다. 과학자들은 이제 우주에 끝이 있을 것 같지 않다고 생각하고 있다. 그 끝이란 은하가 사라진 지역이나 우주의 끝을 표시하는 일종의 장벽이 있는 지역을 말하는데, 그런 것은 우주에 없다는 뜻이다. 이런 우주를 가리켜 과학자들은 '우주는 유한하나 경계는 없다' 라고 말한다. 그러나, 확실한 것은 아직 아무도 모른다. 이 질문에 대한 답안 작성은 미래 과학자들에게 맡겨진 몫이다.