우주에 관한 지식에 몰두할수록 의문투성이다. 하지만 지난 7월12일 새로운 천체 망원경 제임스 웹 우주 망원경에서 보내온 5억광년 떨어진 곳에 위치한 가트힐은하(Gatwheel Galaxy)는 보기 드문 광경으로 모든 이의 호기심이 자극했다. 종래 허블 망원경의 100배의 효력과 130억년 전 우주 현상도 포착하고 330억광년 가장 멀고 오래된 은하도 포착 했다. 우리 은하 옆에 있는 안드로메다 은하는 종래의 1천억개가 아니라 1조개의 별을 거느린 큰 은하라는 게 밝혀졌다. 따라서 기존의 우주 기록을 전부 갱신하고 있다.

우주에 올려 놓은 제임스 웹 망원경은 시야를 방해 받지 않고 우주를 관찰 할 수 있어 많은 새로운 광경을 보내올 것으로 기대한다. 알버트 아인슈타인의 빅뱅 이론이 더욱 확실해지는 장면을 포착한 셈이다.

멀리 우주를 내다보기 전에 우리가 살고 있는 자연계에는 어떤 힘이 작용하는가를 들여다 봐야 한다. 우리가 살고 있는 3차원 세계를 거시세계(巨視世界)라 하고 우리안에 있지만 육안으로 보이지 않는 극미의 세상을 미시세계(微視世界)라 한다. 거시세계에는 전자기(전기와자기), 그리고 중력 2가지 에너지가 있다. 19세기에 들어서 물질의 최소 단위가 무엇일까, 물질의 원 재료는 무엇일까, 머리카락의 10만분의 1까지 쪼개어 보았다. 그런데 이 쪼개는 기술이 어려운 것이다. 유럽 스위스와 프랑스의 국경지역 취리히(Zurich)에 지하 100m, 그리고 둘레 20km의 원형관 가속기 시설을 만들어 놓았다. 엄청난 전력으로 회전시켜 충돌을 일으키는 원리로 물질의 최소 단위까지 찾아내는데 몰두하게 되고 더 이상 쪼개질 수 없는 입자 즉 원자핵에 도달했다. 그리고 원자 핵 주위를 빠른 속도로 돌고 있는 양전자를 확인한 것이다. 양전자란 음양의 양이 아니다. 양자역학을 논할때 질량을 나타내는 양(量)자를 쓰고 있다. 양전자는 positive electron 또는 positron으로 표기한다. 물리학에서는 물질이 있으면 반물질이 있다. 이 반물질이 양전자에 해당하는 극미세계의 어려운 학문이다. 미시세계의 강력과 약력 2가지 힘을 확인하게 되고 거시세계의 전자기 와 중력 2가지를 합쳐 자연계에는 4가지 힘이 있다는 것을 확인했다.

미시세계의 강력이란 물질의 마지막 입자인 원자핵에는 쿼크라는 소립자(素粒子)가 있고 이들을 묶는 힘을 강력(强力)이라 한다. 약력이란 3개의 쿼크들이 서로 가까이 있으면 상호작용을 하는데 이 상호작용이 약해지면 약력(弱力)이라한다. 그런데 미시세계의 운행 질서가 거시세계의 운행 질서와 다르다는 것을 알게 되고 학자들은 이게 고민거리가 되는 것이다. 하지만 미시세계의 운동양식을 파악한 것은 기초과학의 획기적인 발전을 이룩한 것이다. 양자역학의 발전이 우리 실생활에 어떻게 연관되는지는 별도의 지면에 실어야 한다.

미국이 텍사스에 지하 100m, 둘레 40km의 커다란 가속기 시설을 건설중에 있었는데 소련의 고르바초프 대통령 당시 소련 연합이 붕괴하는 바람에 미소 냉전의 분위기가 해소되면서 많은 자본을 들여 건설중이던 텍사스 시설을 중지하고 말았다. 지금은 하다만 시설에 버섯을 키우는 곳으로 변했으니 미국의 아까운 기초 물리학 시설이 끝이 나고 만 것이다. 과학자들은 우주의 생성은 빅뱅으로 이루어지고, 빅뱅은 3가지 가설을 세운다고 말한다. 무한대로 팽창을 계속 하는 것, 팽창을 하다가 원심력으로 돌아오는 것, 그리고 팽창을 하다 어느 시점에 멈춘다는 것인데 확실한 대답을 하는 사람은 없다. 우주는 진공이라 한번 힘을 받은 물체는 방해하는 힘이 없는 한 무한대로 뻗어 나갈 수밖에 없다. 하지만 우주에는 70%가 암흑입자가 존재함을 인정하는 한 최소한의 저항을 받기 때문에 어느 시점에 팽창을 멈출거라고 본다. 따라서 빅뱅은 무한대로 진행하는 것과 원심력의 영향을 받아 되돌아가는 일은 없을거라 생각한다. 이것은 필자의 생각이다. 우주의 가장자리가 있다고 생각하는 과학자는 우주의 끝은 138억년을 가상한다. 그것은 무리한 가설이다. 우주의 가장자리가 있다면 그 가장자리 뒤에는 또 무엇이 있겠는가. 물리학에서는 무한대의 수식을 대입해서 수학으로 계산이 불가능하기 때문에 손을 놓고 있는 셈이다. 어떤 과학자는 우주의 끝에는 또 다른 우주가 있을 거라는 다중 우주론을 말하지만 의문은 여전히 남는다.

우리 태양과 같은 별들이 천억개가 넘게 우리 은하에 포함되어 있는 것을 알게 되었다. 우리 태양은 우리 은하의 아주 작은 별 하나에 지나지 않는 것을 알게 되었다. 우리 은하보다 더 큰 1조개의 별을 거느린 안드로메다 은하가 우리 은하 옆에 이웃하고 있는 것을 알게 되었다. 또한 멀리 보이는 수많은 별들이 실은 한 개의 별들이 아니라 별 하나 하나가 거대한 은하단이라는 것을 알게 되었고 그런 은하단이 우주에 꽉 차있다는 것을 알게 되었다. 숨막히는 우주의 형상에 입이 벌어져 말을 잇지 못 할 지경이다. 우리 태양은 우주밖에서 보면 우리 은하 아래쪽에 위치한 조그마한 별 하나로 보이며 태양 주위를 돌고 있는 지구를 포함한 8개의 행성은 보이지도 않는다.

우리 은하계 내에 지구와 가장 가까운 프록시마 별이 빛의 속도로 4.3년 거리이다. 빛의 속도란 1초에 30만km, 지구를 7번 반 도는 속도로 4.3년을 가야한다니 제트 비행기로 ‘논 스톱’ 339년은 가야한다. 이 수치는 필자가 환산해 낸 수치임을 밝힌다.

우주에 우리 지구와 같이 생명이 있는 행성이 있을 거라고 과학자들은 믿는다. 하지만 서로 접촉하는 건 물리적으로 불가능한 것을 알게 되었다. 영화에서 원더우먼이 양팔을 벌리고 빙빙 몸을 돌려 사라지고 다른 행성에 나타나는 장면을 생각해 볼 수 있다. 현재는 불가능한 일이지만 미래에는 가능해 질런지 모른다. 우주에 꽉찬 양자역학을 믿기 때문이다.

<이상용 (오클랜드)>