[강신철]우주폭발 3분만에 세상 모든것이 창조됐다

[강신철]우주폭발 3분만에 세상 모든것이 창조됐다

절대영시 역추적… 우주탄생 최초 1/100초 부터 5개 화면으로 묘사

  • 승인 2011-02-22 17:51
  • 신문게재 2011-02-23 12면
  • 강신철 백북스 공동운영위원장강신철 백북스 공동운영위원장
스티븐 와인버그는 코넬대학을 졸업하고 프린스턴대학에서 박사학위를 받았다. 그는 버클리, MIT, 하버드대 물리학과 교수를 역임하고 1979년 전자기-약력에 관한 표준모형을 제창한 공로로 노벨상을 수상했다. 이 책은 원래 대중을 위해 쓰여졌으나 오히려 스티븐 호킹이 지은 시간의 역사보다도 물리학 전문가들에게 더 큰 영향을 미친 고전으로 알려져 있다.

우리는 어디에서 왔는가? 우리의 몸을 구성하고 있는 물질은 처음에 어디에서 어떻게 만들어 졌을까? 생각만 해도 가슴이 두근거리는 질문이다. 우주 공간에 떠도는 수천억 개의 별에서 왔을까? 그 별들을 구성하고 있는 물질은 또 어디에서 왔을까? 궁금증이 꼬리를 문다.

이 책은 그런 궁금증들을 풀기에 충분한 과학적 증거와 설명을 제시한다.

어떤 물질이든 절대 온도, 즉 영하 273도 이하로 냉각시킬 수는 없다. 마찬가지로 우리는 절대 영시, 즉 그 이전에는 원리적으로 어떤 인과관계도 추적할 수 없는 과거의 한 순간이 분명히 있었을 것이다. 지금 우리가 관찰하고 있는 우주의 현상을 관찰하여 시간을 역추적하면 절대 영시까지 도달할 수 있을 것이다. 그러나 지금까지 과학자들이 이론적으로 절대 영시에 가장 근접한 시간은 최초의 100분의 1초이다. 이 책은 지금까지 물리학자들이 발견한 우주에 관한 원리와 법칙들을 총동원 하여 우주탄생의 최초 100분의 1초부터 시작하여 약 3분간 어떤 일이 벌어졌는지 5개의 화면으로 묘사한 것이다.

첫 번째 화면은 우주가 탄생한지 100분의 1초 후, 온도는 1000억 K(절대온도)이다. 이 때 우주는 완전한 열평형의 상태에 있다. 초기 우주에서는 높은 열 때문에 핵조차도 존재할 수 없고 전자와 양전자와 같은 핵자들과, 질량이 없는 광자(빛), 뉴트리노, 반뉴트리노 등의 입자들로 가득했다. 모든 입자들이 높은 온도와 강한 압력으로 인해 엄청난 밀도로 뭉쳐 있었고, 이 초기의 우주 안에서 입자들끼리 서로 반응을 일으켜 핵의 원료인 양성자와 그 수만큼의 중성자가 생겼다. 첫 번째 화면의 우주는 급속히 팽창하며 급속히 식어갔다.

두 번째와 세 번째 화면은, 첫 번째 화면 이후 각각 0.11초와 1.09초가 경과되었을 때이고, 우주의 온도는 각각 300억K와 100억K였다. 우주의 내용물은 아직도 전자, 양전자, 뉴트리노, 반뉴트리노, 그리고 광전자가 대부분이며, 이들은 모두 열평형 상태에 있고, 중성자가 양성자로 변환되어 핵자들의 구성비는 중성자 줄고, 양성자가 늘어났다. 중요한 변화는 세 번째 화면에서 뉴트리노와 반뉴트리노가 자유입자처럼 행동하기 시작했고, 전자, 양자, 광자들과의 열평형 상태도 무너졌다는 사실이다. 우주가 투명해지기 시작한 것이다.

네 번째 화면, 13.82초가 경과하여 우주의 온도는 30억K로 내려갔고, 수소들이 결합하여 헬륨(He) 같은 안정된 핵들이 생성되기 시작했다. 드디어 주기율표 맨 꼭대기에 있는 수소와 헬륨이 등장한 것이다. 다섯 번째 화면, 3분2초가 경과하여 전자와 양전자가 대부분 사라지고, 우주의 주성분은 광자, 뉴트리노, 반뉴트리노가 되었다. 그 후 핵자 즉, 전자와 양전자가 완전히 소멸되고 22~28%의 헬륨과 그 나머지는 거의 전부가 수소로 되어 있다. 이들이 초기 별들을 만든 재료가 되었다.

위 시나리오는 1965년에 펜지어스와 윌슨에 의해 우연히 발견된 우주배경복사의 온도 3K를 사용해서 우주의 헬륨 생산 시기를 역산한 것을 기초로 서술된 것이다. 이로써 우주의 나이가 137억년임이 밝혀졌다. 실로 대단한 과학적 성과가 아닐 수 없다. 우주의 대폭발 이후 불과 3분 만에 우주를 형성하는 데 필요한 모든 물질의 원료가 만들어졌다는 사실도 놀랍지만, 이러한 이론들을 생각해 내고, 과학적 증거를 찾아낸 인간의 지적능력이 경이롭기만 하다.



중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. 아산시, 개인택시 신규 면허 교부-18명 대상
  2. [기획]3.4.5호선 계획으로 대전 교통 미래 대비한다
  3. 충청권 광역철도망 급물살… 대전·세종·충북 하나로 잇는다
  4. [사이언스칼럼] 아쉬움
  5. [라이즈 현안 점검] 거점 라이즈센터 설립부터 불협화음 우려…"초광역화 촘촘한 구상 절실"
  1. "성심당 대기줄 이제 실시간으로 확인해요"
  2. [사설] 이삿짐 싸던 해수부, 장관 사임 '날벼락'
  3. 금강유역환경청, 화학안전 24개 공동체 성과공유 간담회
  4. '금강을 맑고푸르게' 제22회 금강환경대상 수상 4개 기관 '한뜻'
  5. 대전 복합문화예술공간 헤레디움 '어린이 기후 이야기' 2회차 참가자 모집

헤드라인 뉴스


‘도시 혈관’ 교통망 확충 총력… ‘일류도시 대전’ 밑그림

‘도시 혈관’ 교통망 확충 총력… ‘일류도시 대전’ 밑그림

민선 8기 대전시가 도시의 혈관인 교통망 확충에 집중하면서 균형발전과 미래 성장동력 기반 조성에 힘이 실리고 있다. 대전 대중교통의 혁신을 이끌 도시철도 2호선 트램 사업이 전 구간에서 공사를 하는 등 2028년 개통을 위해 순항하고 있다. 이와 함께 충청권 광역철도와 CTX(충청급행철도) 등 메가시티 조성의 기반이 될 광역교통망 구축도 속도를 내고 있다. 대전의 30여년 숙원 사업인 도시철도 2호선은 지난해 연말 착공식을 갖고, 올해부터 본격적인 공사에 들어가 현재 본선 전구간(14개 공구)에서 공사를 진행하고 있다. 도시철도 2..

`금강을 맑고푸르게` 제22회 금강환경대상 수상 4개 기관 `한뜻`
'금강을 맑고푸르게' 제22회 금강환경대상 수상 4개 기관 '한뜻'

금강을 맑고 푸르게 지키는 일에 앞장선 시민과 단체, 기관을 찾아 시상하는 제22회 금강환경대상에서 환경과 시민안전을 새롭게 접목한 지자체부터 저온 플라즈마를 활용한 대청호 녹조 제거 신기술을 선보인 공공기관이 수상 기관에 이름을 올렸다. 기후에너지환경부 금강유역환경청과 중도일보가 공동주최한 '제22회 금강환경대상' 시상식이 11일 오후 2시 중도일보 4층 대회의실에서 개최했다. 이날 행사에는 유영돈 중도일보 사장과 신동인 금강유역환경청 유역관리국장, 정용래 유성구청장, 이명렬 천안시 농업환경국장 등 수상 기관 임직원이 참석한 가운..

[기획]2028년 교통 혁신 도시철도2호선 트램 완성으로
[기획]2028년 교통 혁신 도시철도2호선 트램 완성으로

2028년이면 대전은 도시철도 2호선 트램 완공과 함께 교통 혁신을 통해 세계적으로 지속 가능한 미래 도시로 성장할 전망이다. 11일 대전시에 따르면 대전 도시철도 2호선 트램 사업은 지난해 12월 착공식을 개최하고, 현재 본선 전구간(14개 공구)에서 공사를 진행하고 있다. 2027년까지 주요 구조물(지하차도, 교량 등) 및 도상콘크리트 시공을 완료하고, 2028년 상반기 중 궤도 부설 및 시스템(전기·신호·통신) 공사를 하고, 하반기에 철도종합시험 운행을 통해 개통한다는 계획이다. 최근에는 내년 대전시 정부 예산안에 공사비로 1..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 병원도 크리스마스 분위기 병원도 크리스마스 분위기

  • 트램 2호선 공사현장 방문한 이장우 대전시장 트램 2호선 공사현장 방문한 이장우 대전시장

  • ‘자전거 안장 젖지 않게’ ‘자전거 안장 젖지 않게’

  • ‘병오년(丙午年) 달력이랍니다’ ‘병오년(丙午年) 달력이랍니다’