우주, 우리는 티끌만큼만 알고 있다
4퍼센트 우주/리처드 파넥 지음/김혜원 옮김/시공사/384쪽/1만 9000원2000년간
우주에는 별만큼이나 비밀이 많다. 그런데 137억년의 역사를 지닌 우주의 비밀들은 아주 조금씩 속살을 드러내고 있다. 지난 2000년간 인류가 어떻게 우주를 연구해 왔는지 그 궤적을 되짚어 보면 알 수 있는 사실이다.
고대 천문학자들은 ‘외형 구현’의 형식을 빌려 우주의 모습을 상상했을 따름이다. 직접 우주에 올라가 살펴볼 수 없었던 만큼 철학과 수학, 신화를 버무려 그럴듯한 이야기를 꾸며 냈다.
기원전 4세기 플라톤은 기하학을 이용해 천체의 운동을 묘사하라고 학생들에게 일렀다. 에우독소스라는 학생은 27개의 투명한 동심구들을 차례로 포개 놓는 방식으로 놀라운 근사치를 뽑아냈다. 동심구들은 상호작용을 통해 별들의 운동을 늦추거나 빠르게 했다. 아리스토텔레스는 이를 수정해 56개의 동심구들을 갖춘 구체적인 모형을 만들었다.
이후 프톨레마이오스, 코페르니쿠스, 갈릴레이를 거쳐 우주의 ‘외형을 구현하는’ 새로운 방법들이 차례로 공식화됐다. 뉴턴, 케플러 등 수학자와 갈릴레이를 계승한 천문학자들이 하늘의 운동을 수십 개의 구가 아니라 중력이라는 단 한 개의 법칙으로 압축하는 데 공헌했다. 핼리, 허블 등 천문학자와 아인슈타인과 같은 물리학자는 빅뱅 이후 우주가 팽창하는 지, 멈춰 서 있는지를 놓고 옥신각신하기도 했다. 1929년 허블이 우주가 팽창한다는 결정적인 증거를 내세워 정적인 우주를 주장했던 아인슈타인의 뒤통수를 친 것이 대표적이다. 1930년대 등장한 전파천문학은 새로운 우주의 모습을 여는 데 기름을 부었다.
그렇다면 우리는 우주의 실제 모습을 얼마나 알고 있을까. 새 책 ‘4퍼센트 우주’는 인간이 과학의 힘을 빌려 실제 볼 수 있는 우주는 0.5%에도 미치지 못한다고 말한다.
원소 주기율표를 통해 밝혀낸 것까지 합해도 고작 4%에 불과하다. 나머지 96%는 ‘암흑에너지’(73%), ‘암흑물질’(23%)로 불리는 미지의 물질이다. 여기서 말하는 암흑은 ‘검다’는 색깔을 뜻하지 않는다.
이 미지의 물질에 대한 탐구는 우주가 탄생한 지 10억년 내에 꾸려진 은하계가 우리가 알고 있던 수소, 헬륨, 탄소, 질소 등의 물질(원소)만으로는 만들어질 수 없다는, 그러기에는 질량이 턱없이 부족하다는 의구심에서 비롯됐다. 전자파를 발산하지 않는 미지의 물질들은 몸을 숨긴 채 커다란 우주를 좌지우지하고 있었던 셈이다.
2007년 ‘네이처’지에 실린 한 편의 논문은 이런 가설을 입증했다. 우주는 빠르게 팽창하고 있으며, 이렇게 우주가 가속 팽창하는 것은 물질들 사이에 작용하는 중력에너지보다 큰 에너지가 존재하기 때문이라는 것이다.
2011년 미 UC버클리대의 솔 펄머터 교수와 존스 홉킨스대의 애덤 리스 교수, 호주국립대의 브라이언 슈밋 교수는 이 같은 연구의 결과로 노벨물리학상을 받았다.
책은 암흑물질과 암흑에너지에 대한 연구자들의 탐구 여정을 담았다. 과학자들이 앞선 과학자로부터 어떤 영향을 받았고 이론을 어떻게 수정해 갔는지 훑는다.
오상도 기자 sdoh@seoul.co.kr
