대동결에 빠지는 우주와 우주로의 모험

대동결에 빠지는 우주

미래에는 우주의 모든 별이 사라질 것이다. 블랙홀은 증발했다고 한다. 쇠락하는 에너지의 입자만 돌아다니는 우주의 온도는 절대영도에 가까워졌다.

가장 가벼운 것을 포함한 모든 적색왜성이 아주 긴 진화의 끝에 도달한 후로 우주는 가장 어두워진다. 이 별들은 별의 잔해일 뿐이며 냉각되어 이제 빛을 내지 못하는 지경에 이른 것이다. '흑색왜성'이라고 하는 이 상태는 다른 별 대부분의 운명이라고 한다. 가장 무거운 별만이 예외인 데 이 별들은 신속한 진화 끝에 고밀도 천체(중성자별 또는 블랙홀)가 된다고 한다. 오래된 은하 중심의 초거대 질량블랙홀도 살아남는다고 한다. 하지만 잠재적 강착 과정을 유지해줄 가스가 부족하므로 이제 붕괴한 모든 별들은 최소한의 복사도 방출할 수 없다고 한다. 거의 일어나지 않는 별 잔해의 융합에 의지해야만 강렬하고 일시적인 빛으로 가끔 우주를 비출 수 있는 것이다.

 

남아있는 이 많은 천체는 질량이 적은 다른 천체들처럼 핵자(양성자 와 중성자)로 이루어져 있다고 한다. 그렇다면 양성자의 수명이 궁금해질 것이다. 양성자는 퀴크 3개가 약력에 의해 서로 붙어 만들어진 입자라고 한다. 양성자는 무엇보다도 안정적이라 여겨지나 이론의 예측에 따르면 잘 붕괴할 수 있다고 알려졌다. 양성자 하나가 분해되면 양전자 하나와 파이 중간자 하나가 되고 이것들은 곧 붕괴해 2개의 감마 광자를 만들어 버린다. 양성자의 수명을 계산하기 위해 실험한 결과 양성자의 수명은 10에 34 (숫자 1 뒤에 0이 34개 붙는 수)년 보다 길다고 알려졌다. 양성자의 수명이 정말 이론이 예측한 바(10에 36년)와 같다면 결국 우주에는 다양한 질량의 블랙홀과 양성자의 붕괴를 통해 생성된 입자들만 남을 것이다.

 

그런데 블랙홀조차도 영원하지 않다고 한다. 블랙홀은 영국의 물리학자 스티븐호킹이 설명한 호킹 복사를 방출하면서 질량이 서서히 감소해 결국 최후의 감마 광자 폭발과 함께 완전히 증발한다고 한다.

 

질량이 무거울수록 증발 속도는 느리다고 한다. 별질량블랙홀은 10에 65년 만에 증발하고 초거대 질랑블랙홀은 10에100년 만에 증발하는 것으로 추정될 것이다. 그리하여 핵자로 이뤄진 천체와 블랙홀이 모두 청산된 우주는 이제 점점 에너지를 잃어가는 광자들이 떠도는 텅 빈 공간일 뿐이라고 한다. 온도가 절대영도에 가까워진 우주는 대동결이라 부르는 상태에 점점 가까워질 것이다. 화살 같은 시간이 무엇인지 알려줄 만한 사건이 없으므로 시간 자체가 의미를 잃을 것이라고 한다.

 

우주로의 모험

빈센트 반 고흐가 말했다. 별이 반짝이는 밤하늘은 늘 나를 꿈꾸게 한다.

영원한 것은 없다. 더없이 위대한 우주의 신비에 대해 깊이 생 각하면서 여기 우주라는 실체의 한가운데 서 있다는 것 자체가 우리에게는 특권이자 소중히 간직해야 할 경험인 것이다.

인류는 경이로운 별빛을 따라 밤하늘을 여행하기 시작했고 지금도 그 여정에 있는 것이다. 처음에는 우리가 우주의 중심이고 태양과 별들이 모두 우리의 뜻에 따라 움직인다고 보았다. 하지만 논리와 이성적 판단에 따라 우리는 스스로를 낮춰 거대한 우주 한 구석에 위치한 평범한 은하의 평범한 별 주위를 도는 그저 그런 행성이라 여기게 된 것이다. 어쩌면 우리 우주는 상상할 수 있는 갖가지 무대 위에서 생각해낼 수 있는 갖가지 드라마가 공연되는 무한하게 뻗어 있는 여러 우주 중 하나일 것이라 본다.

 

우주에 대해 우리가 이룬 발견은 그 자체로 충분한 보상이 되는 것이다. 하지만 어떤 사람은 우리가 애써 우주를 탐사해야 하는 이유를 묻고 있다. 우주가 우리 DNA 안에 들어 있기 때문인 것이다. 우리는 순전히 호기심에서 아프리카를 벗어나 세계를 일주했고, 에베레스트 정상까지 올랐고, 대양의 해저바닥을 탐사하고 확인했다. 우리는 달에서 지구가 떠오르는 것과 화성에서 태양이 지는 것을 목격했고, 관측 가능한 우주의 경계선까지 관측하고 있다. 우리는 저 멀리 우주에 무엇이 있는지 알고 싶고, 가능성의 경계를 넓히고 싶은 것이다.

 

현재 지구상에 살고 있는 사람들은 아마 유인 탐사선이 화성에 착륙하고 최초로 인류가 다른 행성에 발을 내딛는 것을 볼 수 있다. 오늘의 학생들은 내일의 화성 식민지 정착민이 돼 인류가 태양계를 일주할 수 있는 새로운 경로를 구축할 수 있다.

앞으로 수십 년 안에 망원경 관측을 통해 우리는 우주에 우리만 있는 것이 아니라는 확실한 증거를 찾을 수 있는 것이다.

호기심만으로는 이런 노력을 정당화하기에 충분하지 않다고 말하는 사람들에게는 더 실용적인 이유가 필요하다고 본다. 인류가 오직 하나의 행성에만 존재하는 생물종으로 남아 있는 것은 지구라는 한 바구니에 모든 계란을 담는 것이나 다름없다고 본다. 길 잃은 소행성의 충돌, 치명적인 전염병 또는 핵전쟁이 지구의 미래를 위협한다면 우리는 위험을 무릅쓰고 우주로 나가야 된다 본다. 그것만 이 인류가 생존할 수 있는 최선의 선택일 것이기 때문이다. 우리는 우주에서 왔다 본다. 우리 뼈 속의 칼슘과 혈액 속의 철은 죽어가는 별의 심장부에서 만들어져서 강력한 초신성 폭발에 의해 우주 공간으로 퍼진 것으로 본다. 우주로 나가는 모험은 그저 고향으로 돌아가는 것이나 마찬가지다. 천문학과 우주 탐사에 들인 우리의 노력은 인간이 우주에 영구적으로 체류할 수 있게 하는 도약대가 될 수 있다.