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우주론

Ⅰ. 서 론
우리가 사는 우주는 어떻게 탄생했을까. 우주는 과연 끝이 있는 것일까. 우리는 왜 지금 여기에 존재하고 있는 것일까. 이런 것들은 현재를 사는 모든 이들, 또는 과거를 살았던 모든 이들이 평생에 한 번쯤은 품었던 그러한 질문들일 것이다. 이러한 의문에 답을 해 줄 수 있는 학문이 우주론(宇宙論, cosmology)이다. 우주론이라는 학문은 물론 ‘해답이 없는 질문’에 ‘이해 못할 대답’을 주는 학문은 절대로 아니다. 우주론은 우주의 탄생과 진화를 거시적인 안목에서 연구하는 학문이다.
현대 우주론의 대표 주자는 당연히 대폭발 이론이다. 그러나 이 이론이 우주의 생성을 설명하고 그 끝을 예견하는 데 완벽하다고는 볼 수 없다. 현재 우주론을 연구하고 있는 사람들, 앞으로 우주론에 도전하고 싶은 젊은이들이 해결해야 할 문제는 과연 무엇일까?
우주론의 가장 자신 있는 면모 중의 하나는 대우주 자체가 우리 인간이라는 미물의 얄팍한 지식으로도 어느 정도 이해되는 데 있다. 우리가 사는 우주를 제대로 이해하려면 그 탐구에 쓰이는 도구를 먼저 이해해야 한다. 당연히 그러한 탐구에 쓰이는 기본 도구는 수학과 물리학이다. 물론 수학이나 물리학이란 말만 들어도 알레르기를 일으키는 사람들이 많으리라고 생각되지만 순수 논리를 기초로 한 이 두 학문 덕택에 우리 인류는 아득한 역사의 초기에서부터 지금에 이르기까지 우리의 주변을 비교적 정확히 인식해 오는 데 성공한 점을 인정해야 한다.
이제부터 현대 우주론에 관련된 관측 사실들을 찾아보고 현대 우주론의 주가 되는 대폭발 우주론에 대해 알아보자. 그리고 이러한 우주론을 바탕으로 우주의 역사와 미래에 대해서 논해보고자 한다.

Ⅱ. 수학적 우주론과 물리학적 우주론
우주론의 연구에는 프톨레마이오스의 천동설과 코페르니쿠스의 지동설이 있다.
프톨레마이오스는 자신의 이론을 증명하기 위한 도구로 원을 택했다. 그는 지구는 원이고, 지구는 우주의 중심에 있으며 절대로 움직이지 않는다고 가정했다. 모든 행성의 운동 역시 원궤도를 따르고, 그 원궤도에는 주전원(周轉圓, epicycle)이라는 더 작은 원궤도가 있을 수 있다고 가정했다. 이렇게 함으로써 그는 성공적으로 행성의 운동을 기술할 수 있었을 뿐만 아니라 일식과 월식의 날짜까지 거의 정확하게 예견했다. 또한 바빌로니아 시대 이후로 누적된 일․월식의 기록을 이 모형에 적용시킨 결과 가장 알맞는 우주의 크기는 지구 크기의 2만 배(이는 현재 지구와 태양 간의 거리에 해당, 대략 1억 5천만 km)라는 결론을 내리고 있다. 이러한 모델이 가진 정확성은 놀랄 만한 것이다. 특히 망원경이 발명되기 이전의 시대임을 감안한다면 그렇다.

(1) 천동설의 매력
가장 특이할 것은 이 모형이 수학적으로는 놀랄 만큼이나 간단한 논리에 바탕을 두고 있다는 점이다. 즉 이 모형을 들여다보면 오직 원만으로 행성의 갖가지 복잡한 운동을 성공적으로 기술하고 있다. 바로 여기서 오는 모형의 기하학적 완벽성이 무려 1천 6백여 년 간 식자들의 마음을 사로잡았던 것이다. 그러니 처음 코페르니쿠스의 지동설이 출간됐을 때, 그 책보다 오히려 이를 비판하는 책들이 베스트셀러가 되었다는 사실은 그리 놀랄 만한 일이 아니다. 이러한 수학적인 완벽성이 우주의 진리를 의미한다는 믿음은, 천체 물리학의 아버지로 불리는 케플러에게조차 예외가 아니었다. 그가 행성의 궤도가 원이 아닌 타원임을 발견한 순간 ‘평생의 일을 모조리 쓰레기통에 버리고 싶은 심정’이라고 외쳤다고 했다. 후에 갈릴레이는 망원경을 통한 관측을 통해 프톨레마이오스의 천동설이 틀리며 코페르니쿠스의 지동설이 맞다는 것을 실증했다.






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