이덕환(서강대 과학커뮤니케이션 교수)

올해 노벨 물리학상은 우주배경복사탐사선(COBE)을 이용해서 우주의 배경 복사가 균일하지 않다는 사실을 밝혀낸 미국 항공우주국(NASA)의 존 매더와 캘리포니아 버클리대학의 조지 스무트에게 돌아갔다.

137억 년 전에 일어났던 거대한 빅뱅(대폭발)으로부터 우주가 변해오는 과정에서 나타난 불균일성 때문에 오늘날 우리가 태어나게 되었음을 밝혀낸 것이다.

천지창조의 과정은 우리가 알고 싶어하는 가장 궁극적인 의문 중의 하나다. 우리는 그런 의문을 통해서 우주와 자연과 생명의 정체를 알아내고 싶어한다. 그래서 어느 민족이나 천지창조에 대한 나름대로 독특한 신화나 전설을 만들어냈다. 모두가 자신들의 우월성과 거대한 자연에 대한 두려움을 표현한 것이다. 그런 신화가 종교적 믿음이나 형이상학적인 철학으로 발전하기도 했다. 우리의 단군 신화도 그 중의 하나다.

이제 우리는 단순한 상상이 아니라 과학적 관찰과 실험을 통해서 우주의 기원을 밝혀내려고 노력하고 있다. 우주론이 바로 그런 분야다. 현대의 우주론은 16세기 코페르니쿠스, 브라헤, 케플러, 갈릴레오가 처음 사용했던 천문관측에 근거를 두고 있다. 그러나 이제는 관측에 사용되는 도구는 물론 관측된 사실들을 해석하는 이론적 틀도 놀라운 수준으로 발전했다.

현대 우주론은 아인슈타인이 일반상대성 이론을 발표했던 1917년부터 본격적으로 발전하기 시작했다. 아인슈타인은 아무런 변화가 없이 정지된 상태일 것으로 믿었던 우주가 사실은 팽창하고 있을 가능성을 처음으로 제시했다.

벨기에의 물리학자 르메트르는 1927년 우리가 살고 있는 우주가 지금도 계속 팽창하고 있다는 우주팽창론을 제안했다. 우주에 존재하는 은하들은 어느 방향에서 보거나 상관없이 서로에게서 빠른 속도로 멀어지고 있다는 것이다. 실제로 1929년 에드윈 허블은 은하에서 방출되는 빛이 멀어져 가는 기차의 기적 소리가 낮은 음정으로 들리는 것처럼 파장이 길어져서 원래보다 더 붉게 보인다는 사실을 발견함으로써 르메트르의 가설을 확인했다. 우리로부터 더 멀리 떨어진 은하일수록 멀어져 가는 속도는 더 빠른 것으로 확인됐다.

1950년대 초에 프린스턴의 조지 가모브는 우주팽창론을 더욱 가다듬어서 오늘날 우리가 알고 있는 빅뱅 이론을 제시했다. 우주가 까마득한 옛날에 일어났던 거대한 폭발에 의해 만들어졌고, 우주에는 지금도 그 흔적이 전자기파의 형태로 남아있다는 것이다. 그의 주장은 1964년 벨연구소에서 우연히 마이크로파 수신 장치를 점검하던 아노 펜지아스와 로버트 윌슨에 의해 사실로 밝혀졌다. 두 사람은 절대온도 2.7도로 차갑게 식어있는 우주의 배경복사를 처음 관찰한 공로로 1978년 노벨 물리학상을 받았다.

이번에 노벨상을 수상한 매더와 스무트는 우주에 남아있는 배경복사의 정확한 분포를 측정하기 위한 우주탐사 계획을 수립해서 추진해왔다. 우주에 가득한 별과 은하가 탄생한 것은 우주의 배경복사가 균일하지 않기 때문이라는 우주론학자 알랜 구스의 초팽창 이론을 확인하기 위한 노력이었다. 매더와 스무트는 결국 NASA를 설득해서 1989년에 COBE를 발사했고, 1992년에는 배경복사의 온도가 방향에 따라 10만분의 1도 정도의 차이가 있다는 사실을 확인하는 성과를 거두었다.

우주의 기원을 밝혀내려는 우주론학자들의 노력은 지금도 계속되고 있다. NASA는 COBE의 뒤를 이어 2001년에 윌킨슨마이크로파이방성탐사선(WMAP)을 발사해서 우주 배경복사의 이방성(異方性)을 더욱 정밀하게 관측하고 있다. 돈벌이와 노벨상을 위해 현대 과학을 강조하고 있는 우리와는 아주 다른 목적으로 과학을 연구하고 있는 나라도 있다.