우주에 관한 답은 언제나 앞에 있습니다

글: Gou Lijun, 중국과학원 국립천문대 연구원

우주는 언제나 흥미롭고 상상력으로 가득 차 있었습니다. 인간은 이 행성 위에서 직립보행하며 세상에 대해 생각하기 시작한 순간부터 머리 위 하늘에 대한 호기심으로 가득 차게 되었다. 우리에게 따뜻함과 에너지를 제공하는 태양 외에도 깊은 밤하늘에는 수많은 밝은 천체가 점재하고 있으며, 우리의 생각을 표현할 수 있게 해주는 달도 있습니다.

글이 등장하고 문명이 시작되자 다양한 인종의 사람들이 별이 빛나는 하늘에 대한 호기심을 시로 표현했습니다. 2000여년 전, 중국의 위대한 시인 굴원(屈源)은 『천문』에서 다음과 같이 썼습니다. 맑음과 어둠을 이해할 수 있느냐? 풍의위상은 그것을 어떻게 알 수 있느냐?" 그는 우주의 창조와 운행의 법칙에 대해 묻고 있었습니다. 고대 그리스 철학자들도 같은 문제를 고민하고 있었고, 세계적으로 유명한 지구중심설을 제시하고 복잡한 모델을 만들기도 했습니다. 물론 중국 철학자들도 크게 뒤처지지 않고 가이티안(Gaitian) 이론, 훈트(Huntian) 이론 등과 같은 우주에 대한 자신들의 견해를 내놓았습니다. 복잡한 천동설이든 비교적 단순한 가이티아 이론이든 모두 지구가 우주의 중심에 있다고 믿고 있다. 이는 당시 인류가 우주를 눈으로 이해했기 때문이다.

고대인이든 현대인이든 같은 환경에서 눈으로 볼 수 있는 별하늘은 극히 제한적이며 크게 변하지 않았다. 그러나 1609년 가을, 이탈리아 천문학자 갈릴레오 갈릴레이는 한 네덜란드 장인이 렌즈를 사용하여 멀리 있는 물체를 가까이 가져와 확대할 수 있는 마법 도구를 만들었다는 사실을 알게 되었습니다. 그는 너무 기뻐서 곧 그 도구가 어떻게 작동하는지 알게 되었고 자신만의 망원경을 만들었습니다. 이후 그가 우연히 망원경을 하늘로 향하게 되면서 인류가 우주를 이해하는 방식이 완전히 바뀌게 되었고, 이로 인해 그는 과학 발전사 전반에 걸쳐 그의 위치를 ​​확립하게 되었고, 따라서 그는 현대 과학의 아버지로 불린다. 갈릴레오가 사용한 망원경은 직경이 3.2cm였습니다. 이 소구경 망원경을 사용하는 것만으로도 그는 완전히 다른 세계를 보았고 달 표면의 분화구를 보았고 목성의 위성을 발견했으며 토성의 "큰 귀"고리를 보았습니다. 과거의 일을 본 적이 있습니다. 그가 발견한 것은 많은 사람들을 매료시켰고, 그 결과 더 큰 망원경이 만들어졌고, 더 희미하고 더 흥미로운 천체가 발견되었으며, 우주에 대한 인류의 이해는 계속해서 새로워졌습니다.

그럼에도 불구하고 인류는 300년이 넘는 시간 동안 우주의 크기, 즉 한 가지 질문에 대한 명확한 답을 찾지 못했습니다. 1920년 워싱턴 D.C.에 있는 스미소니언 국립자연사박물관은 '세기의 토론'으로 알려진 토론을 열었습니다. 두 명의 저명한 천문학자 해롤드 샤플리(Harold Shapley)와 히버 커티스(Heber Curtis)는 우주가 얼마나 큰지에 대한 질문을 하루 종일 토론했습니다. 샤플리는 당시 하버드대학교 천문대 소장이었고, 커티스는 피츠버그대학교 앨러게니 천문대 소장이었다. 샤플리는 은하수가 우주 전체라고 믿었고, 커티스는 은하수 너머에 은하수와 유사한 계가 있다고 믿었다. 불행하게도 당시 가장 큰 조리개를 가진 2.5미터짜리 후커 망원경이 만들어졌음에도 불구하고(1917년에 만들어짐), 1924년에 미국의 천문학자 허블이 이 망원경을 사용하여 안드로메다 성운이 변하는 것을 확인한 것은 몇 년 후였습니다. 은하계 외부에 위치한 은하계의 경우, 은하계의 크기에 대한 논쟁은 이제 막 해결되었습니다. 우주는 너무나 광대하다는 것이 밝혀졌습니다. 현대 우주를 탐험하는 인류의 여정이 시작되는 곳이다.

허블이 최초로 외은하를 발견한 지 5년 후인 1929년, 허블은 세계를 놀라게 하고 큰 주목을 끌었던 또 다른 발견을 했다. 지구에서 더 빠르게 멀어지는 것은 이제 우리가 허블의 법칙에 대해 잘 알고 있는 것입니다. 그러나 허블이 관찰의 관점에서 이 현상을 발견하기 2년 전, 일반상대성이론에 능통한 벨기에 신부가 이 관계를 이론적으로 예측한 사람이 물리학자 조르주 르메트르였습니다. Lemaître는 그의 발견을 바탕으로 이제 친숙한 빅뱅 이론을 제안하기도 했습니다.

물론, 허블의 관측은 빅뱅 이론의 관측 기초를 제공했습니다. 그러나 빅뱅 이론은 이후 오랜 시간 동안 더 많은 관찰 증거가 부족하여 여전히 일부 과학자들에 의해 조롱을 받았고 대중들에게도 받아들여지지 않았습니다.

빅뱅 이론은 초기 우주의 방사선이 지금쯤 냉각되어 마이크로파 대역의 방사선을 생성해야 하며, 이는 하늘의 모든 방향을 채우고 균일해야 한다고 예측합니다. 1965년이 되어서야 또 다른 매우 우연한 사건이 발생했습니다. 미국 벨 연구소의 두 엔지니어가 통신 신호를 확인하던 중 배경에는 제거할 수 없는 소음이 항상 존재한다는 사실을 발견했습니다. 마침내 그들은 이것이 물리학자들과 천문학자들이 찾고 있던 우주 마이크로파 배경, 즉 빅뱅의 잔재라는 것을 발견했습니다. 이는 우연적이고 중요한 발견이자 빅뱅 이론의 가장 중요한 관측 증거가 되기도 했습니다. 이때 굴원이 추구했던 우주의 기원에 대한 질문에 대한 답이 마침내 발견되었다. 나중에 우주 마이크로파 배경을 정확하게 측정하기 위해 인간은 원래 COBE(Cosmic Background Explorer)부터 최신 WMAP(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), 그리고 플랑크 위성에 이르기까지 일련의 위성을 발사했습니다. 이러한 위성과 다른 망원경의 도움으로 우리는 우주의 구성과 진화를 잘 이해할 수 있습니다. 그리고 플랑크 위성으로 향합니다. 이러한 위성과 다른 망원경의 도움으로 우리는 우주의 구성과 진화를 잘 이해할 수 있습니다.

허블이 최초로 은하외은하를 발견한 지 거의 100년 동안 우주에 대한 우리의 이해는 지구를 뒤흔드는 변화를 겪었습니다. 우리는 원래 우주 전체를 구성했던 중입자 물질부터 이후의 암흑 물질, 그리고 현재 잘 알려진 암흑 에너지까지 우주의 구성을 이해합니다. 후자의 두 물질은 전체 우주 구성의 95%를 차지합니다. . 물론 우리는 우주 전체의 진화와 구조에 대한 좋은 이해를 발전시켰고, 우주의 나이는 매우 정확할 수 있습니다. 우주의 기하학적 구조와 같은 질문은 우주 마이크로파 배경 데이터에서 단서를 찾을 수 있습니다.

이 『우주의 간략한 역사』는 우주에 대한 우리의 이해를 되짚어본 책으로, 사람들이 그동안 찾아 헤매던 답을 아주 이해하기 쉬운 단어로 소개하고 있습니다. 이 책은 우주론의 기본적인 상식을 소개하는 것 외에도 우주론의 최첨단 분야도 소개하여 우주의 발전을 이해할 수 있게 해준다. 이 책의 저자는 WMAP 팀원 중 한 명이자 우주론 분야의 권위자인 라이먼 페이지 교수입니다.

고대인들은 “위와 아래의 네 방향을 우주라 하고, 과거와 현재를 우주라 한다”고 말했습니다. 이 작은 책에서 우리는 우주에 관한 거의 모든 것을 배울 수 있기를 바랍니다. 누구나 이 책의 세계에서 자신을 찾을 수 있습니다.

저자 정보:

[미국] Lyman Page

프린스턴 대학교 물리학과 학장, 미국 국립 과학 아카데미 회원 과학 아카데미의 과학 학자.

그는 관측 우주론의 전문가이자 우주의 나이를 정확하게 측정하는 데 사용된 윌킨슨 마이크로파 이방성 탐사선(WMAP)의 최초 공동 연구자 중 한 명입니다.

2010년에는 우주의 나이를 밝히는 데 중요한 업적을 인정받아 '동양의 노벨상'으로 불리는 천문학 부문 쇼상(Shaw Prize)을 수상했다.

2018년에는 "WMAP 실험팀이 초기 우주의 상세한 지도를 그리고 우주의 진화에 대한 인간의 이해를 향상시켰다"는 이유로 기초물리학 부문 2018 혁신상(2018 Breakthrough Award)을 수상했습니다.