2011 노벨 물리학상은 "빅뱅"에서 시작한 우주가 계속적으로 팽창한다는 연구에 수여되었다.

 

 

2011년 노벨 물리학상 수상자로 미국 버클리대학의 사울 펄머터(Saul Perlmutter ) 교수와 호주 국립대학의 브라이언 슈미트(Brian Schmidt ) 교수 그리고 죤스홉킨스 대학의 아담 리스(Adam Riess )교수가 선정되었다. 그들의 업적은 초신성을 관찰하여 우주가 팽창하는 속도가 점점 증가한다는 사실을 관측한 것이다.

 

참고로 2010년 노벨물리학상은 "그래핀"이라는 소재의 발견으로 실생활에 응용되는 분야인 반면 2011년의 노벨물리학상은  우주의 기원에 대한 원천적 이론에 관한  것이다.

 

 

출처 NASA

 

 

우주가 약 137억년전 작은 점에서 폭발하여  팽창하고 있다는 "빅뱅(Big Bang)"이론은 이제 물리학계에서 정설로 받아 들여 지고 있다. 위 그림은 빅뱅 후 처음 생긴 "우주 초단파 배경 방사선 (cosmic microwave background radiation)"을 보여주는 것이다. 이러한 방사선이 씨가 되어 태양계가 존재하는 은하수와 같은 성운이 만들어 진다. 현재 우주에는 약 1700억 개의 성운이 있다고 추측된다.

 

 

출처 위키미디아 공용

 

위 사진은 은하수에서 250만 광년의 거리에 있는 안드로메다 성운의 모습이다. 안드로메다 성운에는 무려 1조개의 태앙과 같이 빛을 내는 항성이 있다고 한다. 참고로 은하수에는 약 2000억개에서 4000억개의 항성이 있다고 추측된다.(은하수는 태양계가 그 안에 있어 항성의 수를 정확하게  관찰하기 어렵다)

 

멀리 있는 성운들이 지구로부터 점점 멀어져 가고 있는 사실은 허블의 관측결과에 의해  확증되었다. 그 사실로 부터 우주가 작은 점에서 시작하여  팽창하고 있다는 "빅뱅"이론이 받아들여지게 된  것이다. 그런데 팽창속도가 점점 줄어 들어 어느 시점에 우주 팽창이 멈추고 반대로  수축을 시작할  것이라는 이론도 과거 주장되었다.

 

그러나   멀리 떨어져 있는 초신성을 관찰한 결과 멀리 있는 성운일 수록 더 빠른 속도로 멀어진 다는 사실을 관측하여 우주의  팽창이 멈추지 아니하고 계속하여 팽창할  것이라는 결론을 낳게 된 것이다.

 

 

출처 위키미디아 공용: 케플러 초신성(S1604)의 잔해의 아름다운 모습

 

초신성은 태양보다 훨씬 질량이 큰 항성이 그 안의 수소를 다 소진하고 나서 마지막으로 크게 폭발하는 현상을 의미한다. 짧은 시간내에 큰 에너지를 발산하면서 강한 빛과 충격파를 발산한다. 그 밝은 빛으로 인하여 우주 공간내에 거리를 측정을 가능하게 하는  이정표 역할을 한다.  펄머터 교수는 1988년부터 "Supernova Cosmology Project"라는 연구팀으로서 초신성을 관찰하여 우주론을 연구하였고 리스와 슈미트 교수도 1994년부터 "High Z Supernova Search Team"라는 연구 조직으로서 초신성을 관찰하여 멀리 떨어진 성운이 더 빨리 지구로부터 멀어진다는 사실을 각자 독립적으로  확증한 것이다.

 

 

출처 NASA

 

다만 우주가 계속 팽창을 하게 되면 우주가 차갑게 되어 에너지를 잃을 수 있다. 그런데 우주가 계속 팽창할 수 있는 원동력이 되는 가설적인 에너지를 "암흑 에너지(Dark Energy)"라고 부른다. 연구자들은 현재 우주의 에너지의 74%가 암흑 에너지 이기 때문에 우주가 계속 팽창할 수 있다고 추측한다.

 

우주가 계속 팽창하는  결과 어느 시점에서는 멀리 있는 성운들이 지구로부터 멀어지는 속도가 광속보다 더 빠르게 되어 그 곳으로부터 발생한 빛이 지구에 도달하지 아니할 수 있다. 다만 지구로부터 멀어지는 속도가 광속보다 빠르다고 하여 그 것이 아인슈타인의 특수상대성 이론과 상충되지는 아니하다. 그 것은 성운이 광속보다 더 빠른 속도로 멀어지는 것은  우주자체가 팽창하는 효과이기 때문이다. 참고로 최근 중성미자의 속도측정 결과에서 광속보다 빠르다는 결과가 논란이 되고 있는 것과는 별개로 보아야 한다. 중성미자 속도의 논란에 관하여서는 이 블로그의 글 "광속보다 빠른 소립자로 시간여행이 가능할까?" 참조 http://blog.daum.net/shkong78/1098

 

 

출처 위키미디아 공용

 

우주가 계속 팽창하다가 보면  약 220억년 후에 풍선이 팽창하다가 그 한계에 이르면 산산조각 나는 것처럼  성운내에 있는  별들도 중력을 잃고 분해된 후 궁극적으로는 원자들도 다 분해되는 현상이 생길 수 있다는 "빅 리프(Big Rip)"라는 가설적인 이론도 있다. 다만 그 이론의 가정이 되는 상수에 대한 불확실성으로 이 이론은 아직 정설로 받아  들여지지는 아니하고 있다.

 

가사 220억년 후 우주가 산산 조각난다고 하여 무슨 대수일 것인가?   인류 입장에서는 당장 지구온난화로 식량난, 에너지란 그리고 나라간에 경제전쟁이든 아니면 무기로 인한 전쟁이 나서 지구가 아귀비환이 되는  것이 더 큰 문제일 것이다.

 

 

출처 위키미디아 공용

 

참고로 태양은 그 수명의 반정도를 지나고 있는 데, 지금으로부터 약 15억년후면 태양이 발산하는 열이 많아져 지구 평균 온도가 60도 이상이 되면서  인류와 같은 일반적인 생명체가 살기 어렵게 된다는 것이다. 따라서 우주가 "빅 리프"에 의하여 산산조각 나기 전에 이미 지구는 위기를 맞을 것이고 그러한 시점에도  인류가 계속 생존하려고 한다면 태양에서 더 멀리 떨어진 화성 등으로 이주를 해야 하는 것이다. 화성에 대한 유인답사나 이주에 관하여 더 자세한 내용은 이 블로그의 글 "화성의 유인정착 가능한가?"  참조 http://blog.daum.net/shkong78/844

 

 

 

정리하면  2010년의 노벨물리학 상은 "그래핀"이라는 새로운 물질의 발견에 관한 것으로  당장 전자통신소재로 사용되어 실생활에 영향을 주는 반면, 2011년 노벨물리학상은 우주가 팽창하다가 어느 시점에 팽창을 멈추고 다시 수축할 것인가 아니면 계속 팽창할 것인가 하는 우주론적인 것이다.

 

당장 인류에게 급한 일은 아닐지 모르지만 이러한 우주론에 관한 지식은 인류 지식의 수평선을 넓히는데 중요한 것이다. 이 시점에서 철학자 데카르트가 한  "나는 생각한다, 고로 나는 존재한다(cogito, ergo sum) " 말을 새겨 본다. 인간이 의식주만 해결하려고 사는 것은 아니다.  끊임없이 지식을 넓히는 것도 인간 삶의 존재 이유가 될 것이다.

 

그런데 자연자원이 부족한 대한민국은 이러한 기초과학의 기초를 쌓아야 향후 제조업 등의 기반이 되는   응용과학도 더욱 발전시킬 수 있다. 매년 노벨 과학상 수상자가 발표될 때마다 대한민국 수상자가 없음을 조바심 내지 말고 기초과학을 차근차근 육성할 기반을 마련하도록 노력해야 할 것이다.