팽창하는 유한한 우주(허블의 법칙, 아인슈타인)

팽창하는 유한한 우주(허블의 법칙, 아인슈타인)

팽창하는 유한한 우주(허블의 법칙, 아인슈타인)

현대 우주론은 우주가 137억 년 전 빅뱅으로부터 시작되어서 지금까지 팽창하고 있다는 사실을 확인하고 있다고 이야기했습니다. 이러한 사실은, 우주 공간의 크기가 유한하다는 논리로 귀결이 되는 것이지요. 벌써부터 올버스의 역설에서 나오는 무한 우주의 개념이 깨지고 있습니다. 지난 강의에서 배운 바와 같이, 팽창하는 우주를 처음으로 관측적으로 처음 확인한 천문학자는 바로 허블입니다. 허블은 1920년대 당시 세계 최대의 윌슨 산 100인치 망원경을 이용해서, 처음으로 안드로메다 은하의 거리를 측정하고, 우리 은하계 밖의 외부 은하를 발견을 합니다. 그리고 안드로메다 은하를 비롯한 약 30여 개의 은하들에 대해서 거리와 운동 속력을 측정하였습니다. 그리고 이들 결과로부터 놀라운 사실을 확인하였는데, 바로, 우리로부터 멀리 있는 은하는 더 빠른 속력으로 우리로부터 멀어진다는 사실. 이것이 바로 은하의 후퇴 속력은 거리에 비례한다는 허블의 법칙입니다. 수식적으로 표현하면, 은하의 후퇴 속력을 V, 은하의 거리를 r이라고 하면 V는 Hr이라는 관계식이 그 유명한 허블의 법칙. 여기서 우리는 H를 허블 상수라고 부릅니다.

허블의 법칙

부풀어 오르는 풍선 표면 위의 개미를 다시 한번, 상상해 보겠습니다. 모든 개미들은 주변의 다른 개미들이 자신으로부터 멀어진다는 사실을 확인할 수 있을 것이고, 더 멀리 있는, 자신으로부터 더 멀리 있는 개미들은 더 빠른 속력으로 멀어진다는 것을 부풀어 오르는 풍선 위에서 확인할 수 있을 것입니다. 1920년대 허블의 관측 이후, 오늘날에 이르기 까지 수많은 천문 관측 결과에 의하면, 허블의 법칙, 즉 멀리 있는 은하일수록 더 빠른 속력으로 우리로부터 멀어진다는 사실은 더욱 확고하게 증명이 되고 있습니다. 이러한 허블의 법칙이 바로, 우주가 팽창한다는 사실로 해석되는 것입니다. 허블의 우주 팽창에 대한 관측은 당시까지 내려오던 우주관을 완전히 바꾸어 놓습니다. 무한한 우주는 변함이 없다는 정적인 우주관에서, 역동적으로 팽창하고 있는 우주관으로 극적인 반전이 일어난 것입니다. 올버스 역설의 또 다른 하나의 가정 우주는 정적이다 라는 가정이 깨졌습니다 시간의 흐름에 따라 변할 수 있는 역동적인 우주는 1900년대 초에는 사실 받아들여지기 힘든 주장이었죠.

아인슈타인

아인슈타인의 이야기를 다시 해 봅니다. 1920년대 허블이 팽창하는 우주를 관측적으로 알아내기 10년전, 아인슈타인은 자신의 상대성 이론을 바탕으로 해서, 우주가 팽창 또는 수축할 수 있다는 결론을 도출한 바 있습니다. 그런데 아인슈타인은 스스로 정적인 우주, 변함없는 우주를 선호하였고 또 당시로서는, 팽창하는 우주에 대한 관측적 사실을 전혀 알지 못했기 때문에 자신이 세운 일반 상대성 이론에 우주 상수라는 개념을 넣어서 정적인 우주를 기술하게 된 것입니다. 자 허블의 발견, 즉 팽창하는 우주의 현상을 나중에 알게 된 아인슈타인은 자신의 상대성 이론에서 우주상수를 빼고, 팽창 또는 수축할 수 있는 우주의 본질을 인정한 것입니다. 우주는 정적이지 않았던 것입니다.