블랙홀

블랙홀

물질의 조직이 어떻게 이루어졌는지, 우주의 법칙이 어떠한지 우리가 알고 있는 이러한 법칙은 누구 만든 것인가?  이러한 물음은 과학 분야가 아닌 사건의 해석에 관한 부분으로 대답하기 어려운 부분이다. 과학에는 증거가 있다. 하지만 이것에 대해서는 그 무엇도 이야기할만한 확증이 없다. 우리 인간들은 우리가 아는 것으로부터 논리를 끌어내려 한다. 인간이 생각하는 어떤 이론은 범위가 일정한 시간내, 그리고 인간 과학의 범위 안에서만 설득력이 있다. 새로운 생각이나 이론이 나타났을 때 거기에 맞출 줄도 알아야 하지만 처음에는 그것이 인정되기가 아려운 일이다. 기하학과 같은 학문은 개나 고양이가 이해할 수 있는 범위를 넘어선다. 마찬가지로 우주에 대한 많은 질문들 역시 아직은 인간의 지식 범위를 넘어서는 것이 아닐까? 인간의 뇌로 이해할 수 없다는 것이다.

 

블랙홀이란 무엇인가? 몇십억 개가 넘는 블랙홀이 존재한다고 한다. 태양만큼이나 거대한 불랙홀도 있고 작은 블랙홀도 있다. 홀이라고 하지만 그것은 구멍이 아니고 특이한 별들이다. 지름이 100킬로미터가 넘는 태양이 고작 3킬로미터로 작아진다면 어떨까? 너무 밀집되어 빛이 나갈 수 없을 것이다. 빛은 다른 곳으로 가지 못하고 분수의 물처럼 다시 그곳으로 떨어지고 말 것이다. 끌어들이는 힘이 너무 강하기 때문에 빛이 나가지 못한다. 블랙홀은 너무 촘촘하게 압축되어 있어 그 무엇도 빠져 나갈 수 없다. 빛 조차도 빠져 나가지 못한다. 모든 것이 밖으로 흘러나갈 수 없다. 거대한 진공청소기라고 보면 될 것이다.

 

태양계의 별들에 있어 태양이 하는 역할이 두 가지가 있어 하나는 빛을 보내는 것이고 두 번째는 중력장이라 불리는 것을 통해 그 별들을 끌어당기는 것이다. 서로가 끌어당기는 힘이 있다. 쉽게 생각하면 몸이 무겁고 클수록 그 주위로 끌어당기는 것들이 많다고 보면 된다. 블랙홀은 중력에 의해 자신의 존재를 표현한다고 볼 수 있다. 우리 은하의 중심에도 블랙홀이 있다. 바로 은하수다. 행성들이 태양 주위를 돌 듯 이 보이지 않는 별들 주위로 다른 별들이 돌고 있다는 것을 최근에 관측했다. 그 속도를 재보면 덩어리 크기를 예측할 수 있다. 태양 덩어리보다 3백만 배나 더 크다고 한다. 은하중심에 블랙홀이 있다고 생각한다. 안드로메다 은하도 블랙홀이 있다. 큰 블랙홀이 있으면 성운을 다 잡아먹는다. 블랙홀을 향해 모든 물질이 다 빨려 들어가는 것이다. 이 가스성분의 조각들은 블랙홀에 잡아먹혀 완전히 사라지기전에 고온이 되어 온갖 종류의 전파와 번개 같은 빛을 쏘아댄다. 적외선, 자외선, X레이 감마선 등등...

 

암흑물질

지구의 공전속도를 알면 태양의 크기를 알 수 있다. 지구와 마찬가지로 태양계의 다른 별들도 태양 주위를 돌고 달은 지구 주위를 돌고 있다. 모든 별들이 은하계의 핵을 중심으로 공전을 하고 있다. 약 2억년정도마다 한 번씩 돈다. 어떤 별의 공전속도를 알면 그 별과 은하수 중심사이에 위치하는 다른 별이나 성운을 모두 합친 덩어리 크기를 추정해 볼 수 있다. 그런데 실제 계산을 해보니 그 덩어리가 은하 속에 있는 모든 별들을 함유하고 있을 만큼의 크기가 아니라는 결과가 나왔다. 중심에서 멀리 떨어진 별들을 모두 포함하기에는 터무니없이 차이가 많이 난다. 은하에 있는 모든 별들을 붙잡아둘 만큼 충분히 큰 덩어리가 아니라는 것이다.

 

이것의 의미는 무엇일까? 우리 눈에 보이는 것말고도 은하에는 다른 물질이 존재하고 있다는것이다. 이것을 암흑물질이라고 한다. 암흑물질은 무슨 성분으로 구성되어있을까? 그건 모른다. 우리가 물질과는 전혀 다른 성분으로 되어 있을 것이다. 양성자나 중성자, 전자, 광자로 만들어지지 않았다는 것이다. 암흑물질은 우주 물질의 24%이며, 우리가 일반적으로 부르는 물질은 4%에 불과하다. 나머지 72%는 어떻게 되었을까?

 

암흑에너지와 우주의 미래

우리는 20세기말까지 이렇게 생각했다. 한데 뭉쳐있는 각 은하의 덩어리 때문에 서로 끌어당긴다고 생각했다. 따라서 각 은하들이 서로 멀어지는 현상을 늦출 수 있다고 생각했다. 은하들은 예상보다 더 멀리 떨어져 있다는 것을 알았다. 우주를 지배하는 또 다른 힘이 있다고 생각한 것이다. 그 힘이 바로 우주 전체에 퍼져있는 물질 암흑에너지라 불리는 힘이다. 암흑물질이나 일반물질과 달리 끌어당기는 힘이 있는 것이 아니라 주위에 있는 모든 것을 내모는 특징을 가지고 있어 은하의 움직임을 더 빨라지게 한다. 암흑물질의 진짜 성질을 모르듯 암흑에너지도 모른다. 24%가 암흑물질, 72%는 암흑 에너지이므로 우주의 96%를 인간은 모른다는 것이다.

 

우주의 진화에 대해 가장 설득력 있는 설명을 한 빅뱅이론에 질문을 해보자. 은하들이 조금씩 서로 멀어지고 있다는 사실을 통해 먼 미래에 대해 어떤 이론을 제기할 수 있을까? 돌멩이를 하나 공중으로 던지면 돌멩이는 날아오르면서 그 속도는 점점 줄어들 것이다. 어느 정도의 높이에서 멈추게 된다. 그리고 땅으로 떨어진다. 떨어지는 속도는 점점 빨라진다. 왜 돌멩이는 올라가는 속도는 점점 느려지고 내려오는 속도는 빨라지지? 그것은 돌멩이와 지구사이 중력 때문이다. 만일 던진 힘이 충분하다면 어디론가 돌멩이는 사라질 것이다. 돌멩이가 땅으로 떨어지거나 우주로 날아가거나 그것은 던진 힘에 좌우된다.

 

각 은하들은 사로 끌어당김과 동시에 서로 멀어지고 있다. 여기에도 두 가지 시나리오가 가능하다. 빅뱅 당시 충격과 추진력이 충분했다면 은하들은 서로 계속 멀어질 것이다. 그 결과 우주는 차가워져서 절대영도에 도달할 것이다. 이 시나리오를 '빅칠이론'이라 부른다. 또 하나는 은하들이 서로 끌어당기는 힘에서 벗어나기에 빅뱅 추진력이 약하다면 은하의 운동은 조금씩 느려지고 멈추게 되겠다. 초기와 달리 은하들은 서로 모이게 될 것이다. 우주의 온도는 초기단계로 올라 갈 것이다. 아인슈타인의 중력 법칙에 따르면 두 가지 이론 모두 가능하다. 어느 것이 맞는지는 모른다.

 

학자들이 내세운 이론을 통해 우주에서 일어나는 일을 우리는 이해한다. 우리는 과거의 역사가 있는 우주에 살고 있다. 계속해서 새로운 일이 벌어지고 그렇게 벌어진 일이 앞으로 있을 또 다른 일에 영향을 주는 그런 우주에서 살고 있다.   천체물리학 덕분에 우리 인간들이 세상의 중심이 아니라는 것을 알게 되었다. 밤하늘을 지켜보면 수십억 개도 넘는 은하중에서 어느 한 은하의 곁에 위치한 태양이라는 별 주위를 돌고 있는 별들 중 하나인 아주 작은 별에 우리는 살고 있다. 또 우리가 생각하는 시간이라는 관념이 조금씩 그 영역을 확대하고 있다. 아주 오랫동안 사람들은 이렇게 생각했다.  '세상은 몇천 년전에 태어난 것'이라고 했지만, 지금은 어떤가? 수십억 년전으로 길어졌고 우리 생각할 수 있는 공간도 확대 되었다 .

 

우리 미래를 예상할 수 있을까? 우리가 겪고 있는 환경문제는 세계적 현상이다. 수준 높은 지식이 만들어낸 복합 발전이 있는 곳에 어디든 따라다닌다. 생물체가 나타난 다른 별들도 똑 같은 문제를 겪지 않았을까? 우리의 지식이 잘 활용되어 이 문제를 풀어갈 수 있을까? 우리 자손들이 해결할 수 있을까? 지식을 가진 존재들이 이러한 시련을 제대로 통과한다면 우주 탐험은 계속될 것이다. 정상적인 진화가 계속 될 것이다. 그 시련을 극복하지 못한다면 인간 존재는 우리가 한 일들 때문에 생존하기 힘들 것이다. 그 난리 통에 살아남은 생존자들은 잔해속에서 다시 생명의 끈을 이어갈 것이다.

 

우리 인간들의 지식이 어려운 환경에 처한다면 인간의 창의력이 빚어낸 성과들 예술, 과학 등... 그 모든 것이 파괴되고 잊혀지는 것이다. 모차르트니 반고호니 아인슈인이니 하는 이름은 아무 가치가 없게 되는 것이다. 인류가 이제 식어버린 재위에 다시 시작할지 다른 생명체의 시대가 열릴지 모를 일이다. 태양은 몇 십억 년을 더 빛나겠지만 지구가 어떻게 될지는 인류의 미래가 어떻게 될지는 현대를 살아가는 지구인들에게 달려있다.