[위클리 우주+] ‘윔홀’ 통한 여행 가능할까?…우주 궁금증 톱5
사람들이 보통 우주에 관해 갖고 있는 궁금증 중 가장 상위를 차지하는 다음의 것들이 ‘톱 5’로 꼽힌다고 우주 전문사이트 스페이스닷컴이 발표했다. 1. 우리 태양계 근처에서 초신성이 폭발하면 우리는 어떻게 되나? 2. 정말 외계인들이 있어 지구를 침략할 가능성이 있는가? 3. 우리가 실험실에서 만드는 블랙홀은 정말 위험할까? 4. 웜홀을 통한 우주여행은 정말 가능할까? 5. 인류가 우주에 대해 완벽하게 알게 되는 날이 과연 올까? 이에 대해 알기 쉽고 명쾌한 해답지를 한번 작성해보도록 하자.
1. 초신성 폭발은 우리에게 위험한가?
초신성 폭발은 그 거리가 얼마인가에 따라 인류에게 치명적인 사건이 될 수도 있다. 질량이 태양보다 10배 이상 무거운 별들이 항성진화의 마지막 단계에서 대폭발로 생애를 마감하는 방식이 바로 초신성 폭발이다. 말하자면, 새로운 별이 아니라, 늙은 별의 임종인 셈이다.
이 별의 폭발은 태양 밝기의 수십억 배나 되는 광휘로 우주공간을 밝혀, 우리은하 부근이라면 대낮에도 맨눈으로 볼 수 있을 정도다. 때로는 전 은하가 내는 빛보다 더 강력한 빛을 발하는 초신성 폭발은 우주에서 가장 극적인 드라마라 할 수 있다.
우리 태양계도 이런 초신성의 폭발로 비롯되었다. 46억 년 전 가스와 분자들로 이루어진 몇 광년 크기의 원시 구름들이 떠돌던 한 우주공간 부근에서 초신성이 폭발이 일어났고, 그 충격파로 원시구름의 중력 균형이 무너져 한 점으로 붕괴하기 시작함으로써 태양계 형성의 첫발을 내딛었다.
초신성 폭발은 한 은하당 100년에 한 번 꼴로 일어나는데, 우리은하에서 가장 최근에 일어난 초신성 폭발은 약 400년 전 케플러가 본 초신성 폭발이었다. 그래서 그 초신성은 ‘케플러의 초신성’이라 불린다.
그후 400년 동안 조용했던 우리은하에 초신성 폭발 후보가 하나 떠올랐다. 과학자들에 따르면, 오리온자리의 적색 초거성인 ‘베텔게우스’가 조만간에 수명이 다해 초신성으로 폭발할 거라 한다. 천문학에서 조만간이라 하면, 오늘 내일일 수도 있고 수만 년일 수도 있지만, 이쨌든 태양의 900배에 달하는 이 베텔게우스가 폭발하면 지구에는 최소한 1~2주간 밤이 없는 상태가 계속될 거라 한다.
하지만 베텔게우스는 지구로부터 640광년이나 떨어져 있어 지구에 미치는 영향은 미미할 것으로 보인다. 그러나 이런 초신성이 태양계 가까이에서 터진다면 인류와 지구의 운명은 누구도 예측할 수가 없게 될 것이다.
베텔게우스만 한 거리가 아니라, 상당히 가까운 우주공간에서 초신성 폭발이 일어난다면, 폭발시에 방출되는 X선과 감마선이 인체에 아주 나쁜 영향을 미칠 수도 있다. 감마선은 특히 사람의 유전인자를 파괴할 수 있는 고에너지 전자기파다. 이러한 전자기파는 시간이 흐름에 따라 급격히 감소한다.
어쨌든 초신성이 폭발한 부근의 우주공간은 은하적인 체르노빌 지역이 되어 유해한 고에너지 방사선으로 가득 차게 된다. 그러니까 여러분은 절대로 초신성 부근에서 어슬렁거리지 말기 바란다.
2. 외계인들이 정말 지구를 침략할까?
상상 속에서는 무슨 일이든지 일어날 수 있다. 외계인 문제를 얘기하기에 앞서 우선 ‘거리’라는 걸 생각해보자. 사람들은 별들 사이의 거리가 얼마나 먼지 잘 알 수 없을 것이다.
피아노 크기의 뉴호라이즌스가 10년 동안 날아간 끝에 2015년 7월 명왕성에 도착했다. 뉴호라이즌스가 발사될 때의 탈출속도는 초속 16.26 km로, 지금까지 인간이 만들어낸 물체 중 가장 빠르게 지구를 탈출했다.
그리고 가는 길에 목성의 중력을 도움 받아서 속도를 초속 23 km까지 끌어올렸다. 이로 인해 명왕성으로 가는 시간이 약 3년 단축되었다.
초속 23km는 보통 총알 속도의 23배란 뜻이다. 지구에서 가장 가까운 별이 프록시마 센타우리인데, 4.2광년 거리에 있다. 초속 23km의 속도로 날아가더라도 무려 5만 5천 년이 걸린다. 이것이 바로 별과 별 사이의 ‘거리’다.
만약 외계인이 있어 이 성간 거리를 마음대로 이동할 수 있다고 치자. 그렇다면 그들은 우리가 상상할 수 없는 자원과 에너지를 가지고 있다는 말인데, 그런 외계인이 지구 같은 데에 눈을 돌릴 이유가 있을까? 여기엔 그런 것들이 전혀 없지 않은가. 지구의 물질은 다 어디서 온것인가? 모두 우주에서 온 것이다. 따라서 외계인이 지구를 침략한다는 것은 별로 수지가 맞는 일이 아닐 것이다.
다른 문제도 있다. 지구상에 인류가 나타난 것은 겨우 20만 년 전이었고, 문명을 일구어온 것은 1만 년이 채 안된다. 이는 우주 138억 년의 역사에 비교해 볼 때 거의 찰나에 지나지 않는다는 뜻이다. 다른 외계문명이 있다면 그 역시 찰나일 텐데, 두 ‘찰나’가 동시에 존재할 확률은 거의 0에 수렴하지 않을까.
그러니 외계인 얘기는 별로 영양가가 없다. 그만 접어두고 다른 데, 예컨대 지구 보호 같은 데나 신경쓰는 게 낫지 않을까?
3. 우리가 만든 블랙홀이 위험할까?
“입자 가속기 안에서 빛의 속도로 돌던 양성자가 반대 방향에서 달려오는 다른 양성자와 충돌, 우주의 빅뱅 순간을 재현한다. 지금까지 누구도 본 적이 없는 이상한 입자들이 쏟아져나오면서 미니 블랙홀이 생성된다. 이 블랙홀은 갑자기 주변 물질을 삼키기 시작하더니 삽시에 연구소 전체와 스위스, 유럽 대륙을 차례로 먹어치우고 결국 지구까지 집어삼킨다.”
유럽입자물리연구소(CERN)가 80억 달러를 들여 스위스 제네바와 프랑스 국경지대 땅속에 완공한 거대강입자가속기(Large Hardron Collider·LHC)의 가동을 앞두고 일부 물리학자들이 우려한 시나리오다.
이들은 거대강입자가속기가 가동되면 ‘가속기 내에서 양성자가 충돌할 때 아주 작은 인공 블랙홀이 만들어져 지구를 삼키지 않을까’ 하고 노심초사했지만, 결론적으로 말해 그런 일은 없었다. 그러나 미국 하와이에선 지구 안전성을 위협한다는 이유로 가동 중단 연방소송이 제기되기도 했다.
거대강입자가속기는 매초마다 수많은 미니 블랙홀을 만든다. 1년에 1천만 개 정도다. 1천만 개에 이르는 수많은 블랙홀의 대부분은 바로 사라지지만 어떤 것은 잘못돼 지구 전체를 삼킬 가능성이 있다는 것이다.
그러나 과학계에서는 ‘인공 블랙홀 생성-지구 멸망’ 시나리오에 대해 ‘완전한 허구’라고 일축하고 다음과 같은 설명을 내놓았다. “양성자끼리의 충돌에 의해 미니 블랙홀이 만들어지더라도 이 블랙홀은 나노(1나노초는 10의 -9승초)의 나노의 나노초만큼 존재한다. 어떤 영향도 미치지 않는다.”
지구나 태양계를 집어삼킬 만한 거대한 블랙홀이 만들어지는 데는 수십억 년, 심지어 수백억 년이 걸린다. 인류가 문명을 일구어온 지가 고작 1만 년인데, 수십억 년 단위의 걱정을 한다는 것은 마치 하루살이가 겨울나기 걱정을 하는 것과 다를 바가 없지 않을까?
4. 웜홀을 통한 우주여행이 가능할까?
물론 할 수 있고 말고다. 그런데 문제는 그 웜홀이 있어야 한다는 거다. 이 대목에서 우리는 헷갈린다. 웜홀이란 알다시피 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 나왔다. 중력이 극도로 강해지면 시공간이 휘다 못해 구멍이 뚫린다는 하나의 가설이다. 즉, 시공간의 좁은 통로가 생길 수 있다는 뜻이다. ‘벌레구멍’이란 이름도 벌레가 과일의 표면을 기어 반대쪽에 도달하는 것보다 구멍을 파고 직행하면 더 빨리 반대편에 닿는다는 뜻에서 붙인 것이다.
성간여행이나 은하간 여행을 할 때, 이 웜홀을 통해 훨씬 짧은 시간 안에 우주의 한 쪽에서 다른 쪽으로 도달할 수 있다고 웜홀 이론의 주창자 킵 손은 주장한다. 그래서 ‘인터스텔라’ 영화에도 조언했고 소개되었다. 하지만 문제는 블랙홀의 엄청난 기조력 때문에 진입하는 모든 물체가 콩가루가 되는데, 과연 웜홀을 무사히 빠져나올 수 있는가 하는 점이다.
웜홀 여행은 되도록 사양하고 싶다고 한 스티븐 호킹의 말만 보더라도 웜홀 여행이란 그냥 이론 좋아하는 물리학자들이 머리 짜낸 가설로, 다만 수학적으로만 가능한 여행일 뿐일 거라는 강한 의혹을 받고 있다. 세상에는 상상과 가설로만 존재하는 것들이 더러 있다. 신의 존재나, 다중우주 같은 것도 결코 증명되지 않는 가설일 뿐이다. 웜홀도 그중 하나라는 것이다.
결론적으로 웜홀 여행은 가능한가 물음에 대한 답은 이렇다. 가능하다. 단, 그런 웜홀이 존재하고, 우리가 무사히 빠져나갈 수만 있다면.
5. 인류가 우주를 완벽히 아는 날이 올까?
이 질문은 참으로 유서 깊은 것이다. 어느 과학자나 철학자도 이 같은 의문을 갖고 이런 질문을 스스에게, 또는 다른 사람에게 던져보았을 것이다. 예컨대 다음과 같은 질문이다. “언젠가 과학의 모든 문제들이 해결되고, 우리가 우주의 모든 것에 대해 완벽하게 알게 되어 더이상 풀 문제가 없는 날이 올까? 아니면 우리가 모든 것을 알게 되는 그런 상황은 결코 영원히 오지 않을까?”
이에 대해 지금까지 제시된 답안 중에서 가장 설득력 있는 답안을 작성한 이는 공상과학 소설가 아이작 아시모프가 아닐까 싶다. 그는 친구 과학자의 물음에 이렇게 답했다.
“우주는 본질적으로 매우 복잡한 프랙탈적 성질을 지니고 있으며, 과학이 연구하는 대상도 이러한 성질을 공유하고 있다는 것이 내 신념이다. 따라서 우주의 어떤 일부분이 이해되지 않은 채 남아 있고, 과학이 탐구하는 도정에 어떤 일부가 밝혀지지 않은 채 남아 있다면, 그것이 이해되고 해결된 부분에 비해 아무리 작은 부분이라 하더라도, 그 속에는 원래의 것과 다름없는 모든 복잡성이 들어 있다고 본다. 따라서 우리는 결코 그 끝에 도달할 수 없을 것이다. 우리가 아무리 멀리 나아가더라도 우리 앞에 남아 있는 길은 여전히 처음과 마찬가지로 먼 길일 것이다. 이것이 우주의 신비다.”
프랙탈이란 차원 분열 도형을 일컫는 말로, 작은 구조가 전체 구조와 닮은 형태로 끝없이 되풀이되는 구조를 말한다. 자연에서 쉽게 찾을 수 있는 예로는 고사리와 같은 양치류 식물, 구름과 산, 리아스식 해안, 나뭇가지, 은하의 모습 등이다.
아시모프의 우주관은 우주 자체가 프랙탈이라는 것이다. 그 속성은 무한반복이다. 하나를 알게 되면 열 개의 수수께끼가 튀어나오는 구조인 것이다. 이처럼 우주는 우리 인간에겐 결코 풀리지 않는 신비다. 하긴 풀리는 거라면 신비도 아니겠지만.
이광식 통신원 joand999@naver.com
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