우주는 '시간과 공간' 또는 '시간과 공간의 총체'를 의미하는 어휘로, 크게 두 가지 개념으로 구분됩니다.
한주 우주는 집 우, 집 주입니다. 천자문의 5, 6번째 글자입니다. 넓을 홍, 거칠 황이 이어지는데, 이는 우주가 넓고 거칠다는 의미입니다. 천자문 자체가 나름대로의 우주관과 윤리관을 토대로 만들어진 것이기 때문입니다. 공교롭게도 '우주'라는 한자어에는 현대 우주론에서 의미하는 '시공간'이라는 의미가 있습니다.
그리고 우주를 의미하는 비슷하면서도 조금씩 다른 영어단어들을 설명하자면 '우주의 역사'의 우주는 Universe, '우주 탐사'의 우주는 Space에 가깝습니다.
우주에 대해서 기본적인 정보를 알아보도록 하겠습니다.
좁은 의미의 우주
좁은 의미의 우주(The Space)는 일반적으로 '우주'하면 떠올리는 지구 대기권 바깥의 검은 공간을 가리킵니다. 그 경계 지점은 고도 118km에 해당합니다. 이전에는 인공위성이 공전할 수 있는 한계 고도인 150km이상을 우주로 보았습니다. 그러나 우주경계선을 발견한 뒤로는 다른 우주 관련 기록과 함께 수정되었습니다. 협의의 우주를 지칭할 때에는 보통 "우주에도 생물이 존재하는 것인가?", "우주에 나가면 어떻게 되는 것인가?"와 같이 인간이 살아가는 지구를 포함시키지 않고 구별합니다.
넓은 의미의 우주
넒은 의미의 우주(The Universe)는 '세상', '모든 사물이 존재하는 공간', '세상에 존재하는 모든 것'을 말하며, 그 범위를 표현할 수조차 없는, 훨씬 큰 규모의 공간을 가리키는 명칭입니다. 형이상학에서 주로 다루는 우주가 이런 광의의 우주입니다. 인간 또한 우주에 존재하는 물질과 에너지가 특정한 형태로 뭉쳐진 존재이므로 곧 우주의 일부, 부분집합이라고 부를 수 있습니다. 철학 용어인 '소우주'역시 우주가 아닌 다른 구조나 미시세계 등에도 우주와 같은 연속적인 조직이 존재한다는 것이므로 광의의 우주라고 할 수 있으며, '소우주'를 사용할 때는 실제 우주를 '대우주'라고 불러 구분합니다.
우주와 현재의 과학
현재 과학계에서는 우주가 빅뱅을 통해서 탄생했다고 설명하고 있으며, 우주배경복사, 중력랜즈 등의 관측을 종합해서 계산된 우주의 나이는 약 137억 8700만년 정도라고 합니다. 과거에는 120억년, 127억년, 200억년 등 다양한 견해가 존재해 왔으나, 현재 정립된 우주의 나이는 약 138억년입니다. 최근의 조사에도 우주의 나이가 일반적으로 알려진 것보다 10억년 젊은 120억년대일 수도 있다고 하는 등 우주의 나이에 대해서는 다양한 견해가 있습니다.
세상에서 가장 빠른 속도인 빛의 속도는 299,792,458m/s로 정해져 있기 때문에, 전체 우주의 크기에 비해서 관측 가능한 우주의 범위가 현저하게 좁습니다. 빅뱅의 여파와 암흑에너지의 도움으로 우주 공간은 현재도 계속해서 팽창하고 있습니다. 팽창 속도는 거리에 비례해서 늘어나는데, 이것은 특정 거리 이상의 은하들은 빛보다도 빠른 속도로 멀어지고 있다는 의미입니다. 그렇기 때문에 현재까지의 이론에 의하면 이 너머에 있는 우주는 영원히 관측할 수도, 인류와 상호작용할 수도 없습니다.
그리고 위와 같은 이유로 지구에서 보이는 우주는 모두 과거의 모습입니다. 광년 단위를 쓰는 우주 규모에서는 멀리 떨어진 곳에서 발생한 현상이 빛을 포함한 파장의 형태로 지구까지 도달하는 데 오랜 시간이 걸리기 때문입니다. 태양광조차도 지구에 도착할 때에는 8분이 지나 있으며, 수백광년 떨어진 다른 별들이 지금 어떤 상태에 놓여있는지는 빛보다 바른 관측, 교신수단을 개발하지 않는 한 영영 알 방법이 없습니다. 북극성(현재 북극성인 작은곰자리 알파별 폴라리스 기준)은 지구에서 323광년이나 떨어져 있습니다. 이것은 조선시대 숙종 때 나온 빛을 지금의(현재의) 우리가 보고 있는 것입니다.
우주의 여러가지 명칭
스페이스(Space) : 상술한 '협의의 우주'입니다. Universe보다는 그 의미가 다소 한정적으로, 보통은 지구 대기권 (정확하게는 우주 경계선인 상공 118km) 바깥의 공간을 말합니다. 원래 Space는 공간이라는 뜻의 일반명사입니다. 가령 우주 비행사가 활동하는 우주는 Universe가 아닌 Space입니다. 천문학이나 항공우주공학에서 우주라고 하면 보통 Space를 의미하고, 특히 항공우주공학에서 쓰이는 Space는 그 중에서도 보통 지구 궤도 근처나 태양계 내로 한정됩니다.
유니버스(Universe) : 상술한 '광의의 우주'입니다. 삼라만상을 포함한 이 우주 전체를 말하고, 지구와 그 위의 인간도 포함합니다. 물리학에서 우주라고 하면 보통 Universe를 의미합니다. 이 경우는 '세계', '세상'과도 의미가 같다고 할 수 있습니다.
코스모스(Cosmos) : 그리스어에서 온 말로, '우주의 본질', '혼돈(Chaos)과 대비되는 질서' 등 철학적, 관념적인 의미를 내포합니다. 보통은 '이 작은 지구와 대비되는, 저 광대하고 신비로운 우주'와 같은 의미로 쓰입니다. 일반인들에게 우주의 신비를 낭만적으로 설명하는 칼 세이건의 다큐멘터리 제목이 <유니버스>가 아닌 <코스모스>인 것으로 그 미묘한 차이를 알 수 있게 됩니다. 우주의 기원과 진화 및 구조를 연구하는 Cosmology(우주론)의 어원 또한 Cosmos + logy입니다. 또는 universe의 뜻이 너무 다양해서 수식어나 접사로 쓰기가 곤란한 때를 대신해서 쓰이기도 합니다. 예를 들면 우주선은 Cosmic Ray인데, Universal Ray라고 하면 '범용적인 광선'이 되어버리는 이유 때문입니다.
우주의 크기
'인류가 관측 가능한 우주(Observable Universe)'의 크기는 지구를 중심으로 반경 465억 광년(약 4.399×10 m)이므로 총 930억 광년의 규모입니다.
여기에서 관측 가능한 말은 특정한 물체가 내는 여러가지 파장 등의 신호가 '원리상' 현지 지구에 도달할 수 있다는 뜻입니다. 따라서 관측 가능한 우주의 범위는 관측지인 지구를 중심으로 구 모양을 이루게 됩니다. 우리가 즉시 현재의 관측 가능한 우주의 경계면에서 사는 외계인의 입장에서도 역시 같은 크기로 관측 가능한 우주가 펼쳐져 있을 뿐입니다.
관측 가능한 우주 외부의 '전체 우주'의 크기에 대해서는 현재로서는 추정할 방법조차 없습니다. 우주의 크기가 무한한지, 유한한지조차 알 수가 없으며, 확실한 것은 전체 우주가 엄청나게 크다는 것입니다.
현재 시점에서 우리가 관측할 수 있는 가장 멀리서부터 온 빛은 138억년 전에 출발한 빛입니다. 물론 그 빛이 우리에게 오기까지 걸린 138억년 동안에도 공간은 계속해서 팽창하는 중이었으므로 그 빛이 출발한 지점과 지구 사이의 현재 거리는 138억 광년보다 훨씬 큰 465억 광년으로 계산이 됩니다. 따라서 "관측 가능한 우주"의 반경 역시 138억 광년으로 표기하기도 하고 465억 광년으로 표기하기도 하는데, 여기서 138억 광년으로 표기하는 방식을 빛이 실제로 여행한 거리라 해서 '광행거리(light travel distance)'라고 하며, 465억 광년으로 표기하는 방식을 '동행거리(comoving distance)'라고 합니다.
우주배경복사에 나타나는 광자 분리 시기의 빛은 WMAP과 다른 자료를 종합했을 때 적색편이 값이 약 z = 1091.64로 측정되었습니다. 우주배경복사는 빅뱅 이후에 약 38만년이 지나서 광자가 분리되며 시작되었으며 배경복사 빛의 위치가 465억 광년의 위치에 있을 때, 빛 방출 시점 우주의 크기는 약 4,200만 광년으로 추산이 됩니다. 이 시점에서 현대에 말하는 물질이 생성되었기 때문에 이 지점을 입자 지평선, 우주론, 우주 빛 지평선이라고 부릅니다.
우주의 온도
약 137억년 전에 있었던 초고온 초고밀도의 우주대폭발은 38만년이 흐른 뒤에 약 2727℃(3000K)까지 식어서 원자를 형성했습니다. 이후에 136억년 이상 오늘날가지 계속 식어온 결과, 그 흔적인 우주배경복사는 -270.42℃(2.72K)인 흑체복사로까지 떨어졌습니다. 이것을 현재 우주의 온도라고 할 수 있습니다.
이와같은 온도는 항성이나 성운의 영향이 없는 공동(vold)에서의 온도이며, 절대영도인 -273.15℃(0K)보다 2.73℃ 높은 것입니다. 핵융합을 통해서 열 에너지를 방출하는 항성의 주변은 온도가 상대적으로 높으며, 은하간에 공간은 성간 공간보다 더 온도가 높습니다. 반대로 특정한 환경에서 -272℃까지 내려간 사례도 관측되었습니다. 센타우루스자리에 있는 부메랑 성운으로, 가스가 빠른 속도록 단열 팽창해서 우주의 평균 온도보다 더 낮아진 것이라고 추측되고 있습니다. 이것보다 더 낮은 온도는 자연 상태에서 발견된 적은 없습니다.
인류의 우주 진출과 미래
이미 우주의 군사적 이용은 멈출 수 없는 수준까지 도달해 가고 있습니다. 지난 20세기에는 우주조약 등 우주의 평화이용을 위한 협의가 활발하게 이루어졌지만 과학기술이 발전함에 따라서 점점 막을 수 없는 상태가 되어가고 있습니다. 가까운 미래에 육군, 해군, 공군에 더해져서 우주군을 보게 될지도 모르는 일입니다. 실제로 미국은 현재는 구조가 개편되었지만 과거에 단독 사령부가 있는 우주군을 운용했었고 중국과 러시아 또한 우주항공방위군을 운용 중입니다.
우주에 문명의 증거들을 가져다 놓은다면, 그것은 그 나름대로 좋은 생각일 지도 모릅니다. 달 착륙도 한순간에 갑자기 추진된 것처럼 지금은 먼 미래의 이야기처럼 들릴지 몰라도 어느 계기가 발생하면 급격히 발전할지도 모릅니다. 그리고 이미 우주여행상품도 나와있습니다.
전 세계의 주요 선진국들과 주요 강대국들은 이미 우주 식민지 계획도 어느 정도 세워두고 있으며 대표적으로 미국, 중국, 영국, 프랑스, 러시아, 독일, 일본 이 7개국은 그에 맞춰서 우주 산업에 대한 연구 개발을 지속하고 있습니다. 그리고 아주 먼 미래가 되면 지구는 결국 태양 활동의 진화로 인해서 금성처럼 되어서 인간이 살기 불가능해지기 때문에 인간은 어떻게든 지구를 떠날 수밖에 없습니다.
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