빅뱅 우주론 안에서 - 프리드만의 우주모형

아인슈타인이 우주모형을 제창한 지 5년 후인 1922년 러시아의 수학자이자 물리학자인 알렉산더 프리드만은 우주가 어느 방향으로든 균일하고 동등하다는 가정 (우주원리)을 바탕으로 아인슈타인 방정식을 풀었고 그 결과 ‘우주 공간은 팽창한다’는 놀라운 결론을 발표했습니다. 그로부터 다시 5년 후 미국의 천문학자 에드윈 허블은 당시 세계 최대의 윌슨산 망원경을 사용해 세페이드 변광성을 이용한 거리 측정과 은하의 적색편이를 관찰하여, 은하계들이 우리로부터 멀어지고 있으며 ‘은하계의 후퇴 속도는 은하계까지의 거리에 비례한다.’는 사실을 발견했습니다. 이 관측 결과에 프리드만의 이론을 대입하면, 우주의 공간은 팽창하고 있다는 것이 되는 것입니다.

빅뱅의 테두리로 -암흑 에너지의 발견과 그 문제점

우주의 물질-에너지 총량 중 암흑에너지가 70%, 암흑물질이 25%이며, 보통 물질은 5%라고 합니다. 1998년 미국 버클리 캘리포니아대 솔 펄머터 교수와 하버드대 브라이언 슈밋, 애덤 리스 교수팀이 우주가 시간이 갈수록 더 빨리 팽창하고 있다는 관측 결과를 발표했습니다. 연구팀은 멀리 떨어진 초신성일수록 예상보다 더 어둡다는 관측에 근거해, 우주가 더 빨리 팽창하기 때문에 별빛도 어둡게 보인다고 봤습니다. 이는 다시말하면 우주가 가속팽창을 한다는 것인데, 이를 이해하기 위해서는 척력(밀어내는 힘)으로 작용하는 새로운 형태의 에너지인 암흑 에너지가 필요하다고 봤습니다.

이후 암흑에너지의 실체 규명을 위해 전세계 과학자 수천명이 수조원의 연구비를 쏟아붓고 있지만, 아직껏 흔적조차 찾지 못하고 있습니다. 그런데 이영욱 연세대 천문우주학과 교수가 이끄는 연구팀이, 노벨상 수상자들이 쓴 것과 같은 방식의 ‘초신성 관측’ 자료 분석을 통해 정반대 결론을 이끌어냈는데, 기존의 암흑에너지 연구가 잘못된 전제 위에 서 있으며, 오류를 보정하면 오히려 암흑에너지는 없다는 결론에 이른다는 반박을 내놨습니다. 이 교수팀은 먼 곳의 초신성이 예상보다 더 어두운 건, 더 빨리 멀어져서가 아니라 단지 광도진화 효과 때문에 더 어두울 뿐이라고 반박합니다.

결국 암흑에너지의 발견은 잘못된 가정으로 인한 잘못된 이론일 가능성이 높아졌습니다. 이것은 기존의 우주 모형의 신뢰도에 큰 타격을 입히게 됩니다.