우리의 우주관

프톨레마이오스, 뉴턴 그리고 허블이 우주를 어떻게 바라보았을까?  코페르니쿠스, 케플러, 갈릴레오, 그리고 리비트 같은 과학자와망원경과 같은 발명품이 우주에 대한 우리의 생각을 어떻게 변화시켰는가?  이야기란 항상 어떤 것을 설명하는 것이고, 가끔 이 설명들은 새로운 정보가 발견되면 변화되어야 할 필요가 있다. 500년전 유럽에서 근대과학의 꽃을 피운 시기이다. 유럽에서 기독교는 지배적인 종교 형식이었고, 다른 모든 종교처럼 기독교는 '어떻게 모든 것이 시작 되었나?' 라는 질문에 심오한 대답을 내놓았다. 대부분 기독교인은 하나님이 수천년 전에 우주를 창조했다고 믿고 있었다. 대다수 기독교 교회는 약1900년 전에 이집트 알렉산드리아에서 살았던 천문학자 프톨레마이오스가 구성한 우주모델을 받아들여 자신들의 믿음을 연결시켰다. 프톨레마이오스는 지구가 우주의 중심이라고 말했다. 지구는 완벽하고 투명한 천구들로 이루어진 하늘 영역에 의해 둘러싸여 있으며,  하늘에는 달, 행성, 태양, 별들이 완벽한 원궤도에 따라 움직이고 있다. 그 배후에는 천국이 있다.

 

1550년과 1700년사이에 새로운 증거들과 새로운 기술이 나타났다. 주기적으로 행성이 후진하는 것처럼 보였다. 16세기 폴란드 천문학자 코페르니쿠스는 만약 지구가 아니라 태양이 중심에 있다고 가정하면, 이 문제가 풀린다는 것을 보여주었다.  케플러는 행성들이 완벽한 동심원 궤도가 아니라, 타원형 혹은 달걀형으로 공전한다는 것을 보여주었다. 이탈리아 천문학자 갈릴레이가 최초로 망원경을 이용해 목성이 그 자신의 위성들을 거느리고 있으며, 태양은 흑점을 가지고 있다는 사실을 보여주었다.  17세기 말에 아이작 뉴턴은 천체들이 전우주에 편재되어 있는 중력이라는 신비로운 힘에 의해 결합되어 있다고 주장했다.  이 우주 모델을 '뉴턴의 우주모델'이라고 부르겠다. 과학자들은 여러 다른 나라에 있는 과학자들이 발견한 것들을 공유한 것이 일종의 집단학습을 통해 어떻게 새로운 아이디어를 창조해 내는지 알게 되었다.

 

200년 이상 동안 뉴턴의 우주모델은 새로운 증거가 발견되므로서 이 모델도 폐기 되었다. 과학도구가 향상 됨에 따라 천문학자들은 우주의 모습을 더욱더 정확하게 이해하게 되었다. 그리스인들은 이성, 논리,  수학에 근거한 주장을 능숙하게 펼쳤다. 그리스인들은 시차라는 방법을 활용해 별들이 얼마나 멀리있는지 원칙적으로 어떻게해야 하는지 알고 있었지만, 정확한 도구가 없었다. 오늘날 천문학자들은 별의 거리를 측정하는 데 많은 방법을 알고 있다.  세페이드 변광성이라고 부르는 별의 유형을 활용하기도 하고,  미국 천문학자 헨리에타 리비트는 별의 실제 밝기를 추정 하여, 그 밝기에 의해 별이 얼마나 떨어져 있는지 알아낼 수 있었다.  멀리 있는 은하의 빛의 파장은 길어지고,  진동수가 낮아지는 것처럼 보이며 전자기 스펙트럼은 빨간쪽으로 옮겨간다. (세페이드 변광성: 시간에 따라서 밝기가 변하는 별로서 별의 팽창과 수축에 의해 밝기가 변함.)

 

1920년대에 에드윈허블은 우리로부터 가장 멀리 있는 은하들이 점점 더 멀어져간다는 사실을 발견했다.  새로이 발견된 증거에 따르면 뉴턴의 우주모델이 틀렸다는 것을 보여준다.  우주는 영원하지 않으며 무한하게 크지도 않다. 대신 우주 전체가 팽창하고 있는 것처럼 보인다. 만약 우주가 현재 팽창하고 있다면 머나먼 과거 어느 시점에 우주는 엄청나게 작았을 것이며, 어떤 시점에 우주는 벨기에 천문학자 조르주 르메트르가 말하는 것처럼 원시원자라고 부르는 것에서  시작되었을 것이다. 이 말은 우주의 시작이 있다는 것을 의미한다. 우주도 역사가 있다. 허블이발견한 것을 이해하기까지 반세기가 결렸다.