빅뱅부터 태양과 지구의 형성 그리고 현재까지

빅뱅부터 태양과 지구의 형성 그리고 현재까지

빅뱅부터 태양과 지구의 형성 그리고 현재까지

우리는 누구나 밤하늘의 별을 좋아합니다. 밤하늘의 별들을 쳐다보면서 사랑을 노래하고 이야기합니다. 우리는 왜 별은 좋아할 수밖에 없을까? 단지 아름다워서? 우리의 일상을 한번 보겠습니다. 우리 모두 고향을 가고 싶어 하고 고향을 그리워하고 찾아갑니다. 왜? 고향이 그냥 좋아서? 그것은 바로 우리 고향이 바로 내가 태어나고 자란 곳, 나의 처음 추억이 오롯이 담긴 곳이기 때문입니다. 밤하늘 우주의 수많은 별들, 그 아름다운 별들은 우주의 역사 속에서 바로 우리의 고향일런지도 모릅니다. 그래서 어쩌면 우리는 언제나 별을 바라보고 그곳에 가고 싶어 하는지 모르는 것입니다. 천문학자들은 우리를 별 먼지라고 부릅니다. 그리고 생각하는 별 먼지라고 부릅니다. 왜 우리를 별 먼지라고 하는가? 우리는 어디로부터 왔는가? 우리 자신의 모습을 돌아보겠습니다. 우리는 육체를 가지고 있습니다. 육체는 물질로 이루어져 있습니다. 그리고 생각을 합니다. 정신을 가지고 있는 것입니다. 육체와 정신이 조화되어 생각하는 사람, 바로 그러한 모습이 우리의 주어진 모습입니다. 우리 몸의 육체를 한번 보겠습니다.

우리의 몸, 육체를 이루는 물질들은 무엇인가?

세포, DNA, 분자, 원자, 이렇게 하나 하나 분석하다 보면, 육체를 이루는 물질의 기본 원소들을 알 수 있습니다. 그중에는 단백질을 이루는 기본 원소인 탄소도 들어 있고, 혈액을 이루는 철 성분도 들어 있고, 물을 이루는 산소도 들어 있습니다. 그리고, 질소, 칼슘, 인과 같은 성분들도 또한 우리 몸에 있습니다. 이와 같은 우리 몸을 이루는 원자들은 과연 원래 어디에서 만들어진 것이며 어디로부터 왔을까? 현대 빅뱅 우주론이 이러한 궁극적 질문에 과학적 해답을 제시하고 있습니다. 우리 몸을 이루는 물질들은 우주의 장구한 시간의 역사를 통해서 우주를 구성하는 별들의 내부에서 만들어진 것이라는 사실입니다. 이러한 물질들의 기원을 추적해 보시죠. 현대 빅뱅 우주론은 빅뱅과 팽창이 시작된 이후 시간이 지남에 따라서, 우주 시공간 속의 물질과 빛의 특성이 어떻게 변화해 나가는가에 대하여 매우 명확하게 설명하고 있습니다. 빅뱅 이후 3분의 시간 동안 물질을 구성하는 기본 입자들의 형성과 더불어 고온고압의 우주 공간 전체에서 핵융합이 일어나면서 수소의 원자핵인 양성자와 헬륨의 원자핵인 알파 입자가 만들어집니다. 그리고 우주의 나이가 38만 년이 되는 시점에 원자핵들이 전자들과 결합하면서 수소 원자와 헬륨 원자를 만듭니다. 그러면서, 처음으로 빛이 우주 공간을 떠돌아다닐 수 있게 됩니다. 이때 우주 전체를 이루는 물질의 구성비는 대략 수소가 75%이고 헬륨이 25%입니다. 수소와 헬륨 이외의 원소들은 아직 존재하지 않는 상태인 것입니다. 우주의 나이 38만 년 이후로부터 10억 년에 이르기 까지, 우주는 팽창을 지속하며 공간의 온도는 점점 식어갑니다. 그러나 이때에는, 우주 공간 속에서 수소와 헬륨 외의 새로운 물질은 더 이상 생겨나지 않습니다. 즉, 이때까지 우주 공간에는 수소와 헬륨 원자만이 물질로서 존재한다는 것입니다. 우주의 나이 10억 년에 이르는 이때까지 아직 별들도 만들어지지 않습니다. 우주가 팽창을 하고는 있으나 아직 별들이 없는 이때, 이때 우주 공간을 빛이 없는 암흑의 시대라고 부릅니다. 그리고 10억 년의 암흑시대가 지난 이후에, 드디어 우주 공간에서 최초의 별들이 형성됩니다. 이러한 최초의 별들은 당시 우주 전체 공간에 산재하던 수소원자와 헬륨 원자들의 구성으로만 만들어집니다. 그런데 오직 수소와 헬륨 원자들로만 만들어진 최초의 이 별들은, 그들의 뜨거운 내부에서 핵융합이라는 과정을 거치면서 우주 속의 새로운 물질들, 즉 수소와 헬륨 이외의 다른 원소들을 만드는 것입니다. 이러한 원소들을 중원 소라고 부릅니다. 처음 만들어진 별들 중에서 태양 질량보다 수십 배~수백 배 큰 질량을 갖는 큰 별들은 불과 수백만 년에서 수천만 년 이내에 자신들의 수명을 다하고 거대한 초신성 폭발 현상이 일어나면서 함께 죽습니다. 질량이 큰 최초의 별들이 초신성으로 폭발하면서 죽어갈 때, 그때 별들의 내부에서 핵융합으로 만들어진 중원소들을 우주 공간에 내뿜는 것입니다. 죽어간 별들의 내부에서 만들어진 이러한 새로운 중원소 물질들은, 우주 공간 속의 또 다른 물질들과 함께 뭉쳐 새로운 별들을 만들어 내는 것입니다. 수많은 별들이 이러한 탄생과 사멸 과정을 겪으면서 우주에는 수소와 헬륨 이외의 중원소들이 점점 많아지게 되는 것입니다 우주의 시간의 역사가 진행되어 우주의 나이가 90억 년 되는 어느 시점, 그러니까 지금으로부터 약 50억 년 전, 우주 속의 수소와 헬륨, 그리고 이전에 죽어간 별들이 만든 중원소들이 같이 포함된 물질들이 뭉쳐서 우연한 곳에 태양이라는 새로운 별이 만들어진 것입니다. 그 직후, 주변의 물질들로부터 지구가 만들어지고, 지구의 생명체가 만들어지고, 그리고 지금 이 순간 우리가 있는 것입니다. 우리 몸과 우리 주변, 그리고 태양과 태양계 천체들을 보면, 수소와 헬륨 이외의 많은 중원소들이 이미 존재하고 있습니다. 지구를 비롯한 이 천체들에서, 이러한 원소들이, 따로 만들어진 것들이 아니라면, 이 원소들은 이 천체들이 만들어지기 전에 이미 이러한 원소들이 존재하고 있었다는 것을 의미하는 것입니다.

우리는 어디에서 왔는가?

궁극적으로 어디에서 왔는가에 대하여 논리적으로 대답해볼 수 있습니다. 우리 육체를 이루는 물질들은 바로 우주의 역사 초기, 즉 태양과 태양계, 그리고 지구가 생기기 그 이전, 즉 지금으로부터 50억 년 그 이전에, 우주 공간 속에서 생겨났고 죽어간 별들의 내부에서 만들어진 물질들 인 것입니다. 좀 더 극적으로 이해하면, 우리 몸을 이루는 모든 물질들은 우주의 과거 역사 어느 순간에 어떤 별 내부에 존재하고 있던 것입니다.