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우주는 신에 의해 창조된 것인가?
19c의 신학자 월리엄 페일리는 1802년 "자연신학 또는 자연현상에서 수립된 신의 존재와 속성에 대한 증거”라는 책을 출판했다. 근본주의 기독교인들이 말하는 창조론을 논리적으로 설명하고 있으며 신의 존재증명에 대해 기독교인들이 가장 비중 있게 의지하는 주장으로 자리 잡아 왔다. 그는 그의 책에서 이렇게 기술 하고 있다.
“풀밭을 걸어가다가 ‘돌’하나가 발에 채였다고 상상해보자, 그리고 그 돌이 어떻게 거기에 있게 되었는지 의문을 품었다고 가정해 보자, 내가 알고 있는 것과는 반대로 ‘그것’은 항상 거기에 놓여있었다고 답할 수 있을 것이다. 그리고 이 답의 어리석음을 입증하기란 그리 쉽지 않을 것이다.
그러나 ‘돌’이 아니라 ‘시계’를 발견했다고 가정해보자. 그리고 어떻게 그것이 그 장소에 있게 되었는지 답해야 한다면 앞에서 했던 것 같은 대답, 즉 잘은 모르지만 그 시계는 항상 거기에 있었다는 대답은 거의 생각할 수 없을 것이다. 시계제작자가 있어야한다. 즉, 어느 시대, 어느 장소에선가 한 사람, 또는 여러 사람의 제작자들이 존재해야한다. 그는 의도적으로 그것을 만들었다.
그는 시계의 제작법을 알고 있으며 그것의 용도에 맞게 설계했다. 시계 속에 존재하는 설계의 증거, 그것이 설계되었다는 모든 증거는 자연의 작품에도 존재한다. 그런데 차이점은 자연의 작품 쪽이 상상을 초월할 정도로 또는 그 이상으로 훨씬 더 복잡하다는 것이다”
이상과 같은 페일리의 주장을 보고 도킨스는 페일리가 정의하는 신, 즉 시계공은 눈 먼 시계공이라 부르고 있다. 왜냐하면 전지전능한 시계공은 그의 작품 곳곳에서 무지, 무능을 드러내고 있기 때문이다. 근본주의 기독교인들이 전지전능하다고 믿고 싶은 그들의 신과 그의 실제 작품사이에는 메울 수 없을 정도로 큰 간격이 있다. 우주는 근본주의 기독교인들 말대로 전지전능한 시계공인 야훼에 의해 창조된 것일까?
창조론을 비웃고 있는 과학
끊임없이 발달하고 있는 과학기술이 목격하는 증거들은 기독교인들의 주장을 무색케 만들고 있다. 앞서 말한 것처럼 과학은 일상의 경험을 바탕으로 치밀한 증거를 수집한다. 그리고 증거를 수집하는 방법은 관찰과 실험이다. 물론 수집된 증거들은 확률이라는 모루와 통계라는 망치로 다듬어져야하며, 수많은 반론들에 담금질되어야한다. 모두 견뎌내고 어느 정도 신뢰를 확보하였다고 하더라도 끊임없이 또 다른 후보자들의 도전을 감당하여야한다.
기독교인들이 삶을 바쳐서 신앙하는 야훼가 과학으로부터 신뢰를 잃어가는 이유는 수집되는 관찰과 실험의 증거들과 그로부터 확보된 지식들이 기독교인들의 경전상의 기술과 모순되는 부분이 너무나 많기 때문이다.
과학이 미숙하던 초기에는 이런 갈등과 모순이 크게 부각되지 않았지만 비약적으로 발전한 현대에 들어와서는 도저히 그 차이를 메울 수 없을 정도가 되었으며 도킨스가 말한 대로 오히려 이제는 과학이 설명하지 못하고 있는 틈새에서만 자신들의 정당성을 인정받으며 근근이 명맥을 이어가고 있을 뿐이다.
그러나 언제까지 이런 식으로 버틸 수 있을까? 근본주의 기독교는 현실을 겸허히 돌아보고 이제는 자신들의 오류를 솔직하게 인정하여야한다. 그리고 경전이 말하려는 바가 무엇인지 진지하게 숙고하며 다시 들여다보아야 한다.
창조론이 아니라면 우주는 어떻게 탄생한 것인가?
불과 몇 천 년 전에 기독교의 신이 말씀으로 세상을 창조하고 인간만은 손수 손으로 빚어 만들었다는 주장에 식상한 과학자들은 스스로 답을 찾기 시작했고 그 결과물은 실로 놀라운 것이다. 그렇다면 지금의 과학은 우주가 어떻게 만들어 졌다고 주장하고 있는가?
가장 유력하게 신뢰받고 있는 이론이 빅뱅이론이다. '빅뱅'이란 말은 '빅뱅'이론에 가장 비판적이었던 영국의 천문학자 프레드 호일(Fred Hoyle)이 우주가 '빵'하고 태어났을 리 없다고 말하면서 그 이론을 조롱조로 '빅뱅(Big Bang)'이라고 불렀는데 그 이후로 이 이름이 굳어지게 되어 사용된 용어이다.
빅뱅이론은 내가 앞서 말한 것처럼 일상의 경험들로부터 추론된 유의미한 ‘생각’의 단위들이 충분한 검증을 거쳐서 성립된 ‘이론’이다. 물론 완벽한 것은 아니다. 그러나 ‘김치’만들기에 서툴던 새댁이 선배들의 조언과 활자화된 지식의 도움을 받아 스스로 실천의 과정을 통해 노련한 살림꾼으로 거듭나듯 과거의 이론들보다는 훨씬 신뢰할만하고 노련하게 다듬어진 ‘이론’임에는 틀림없다.
그런데 과학자들은 왜 빅뱅을 통해 우주가 생성되었다고 생각하는 걸까? 그것은 지금도 우주가 팽창하고 있기 때문이다. 우주가 팽창하고 있다는 것은 그럼 어떻게 알 수 있단 말인가?
세계최초의 과학자는 그리스의 탈레스이다. 그는 기원전 6~7세기에 에게 해 동쪽해안에 위치한 이오니아지방에서 살았다. 이오니아 학자들은 주변의 세상에 대해 호기심을 가지고 끈질기게 의문을 던짐으로써 세상이 어떻게 움직이는지 알아내려고 했다. 탈레스는 신이 세상을 만든 것이 아니고 자연의 힘에 의해 만들어졌다고 생각했으며 가설적 이론은 실험적 관찰사실과 비교해야한다는 사고체계를 처음 수립했던 사람이다.
이와 같은 탈레스의 사고방식을 어어 받은 고대 그리스 철학자 아리스토텔레스는 우주는 양파껍질처럼 여러 층으로 겹쳐져 있는 수정구로 이루어졌고 양파의 중심에는 지구가 자리 잡고 있다는 수정구 이론을 주장했다.
이후 영국의 천문학자이자 수학자인 토머스 디기스가 1576년 ‘우주는 무한하며 태양과 같은 별들이 그 속에 골고루 분포하고 있다'는 우주에 대한 근대적인 생각을 처음 주장하여 수정구이론에 금을 가게 했고 갈릴레이는 그것을 산산 조각냈다.
갈릴레이는 망원경으로 보면 맨눈으로 볼 때보다 훨씬 많은 별들이 보인다는 사실을 발견했다. 별들은 다 똑같은 자리에 있는 것이 아니었다. 똑같은 자리에 있었다면 맨눈으로 볼 때나 망원경으로 볼 때나 같은 수의별이 존재해야하기 때문이다.
1756년 영국의 자연철학자 토머스 라이트는 별들이 우주공간에 두루 퍼져있다는 갈릴레이의 발견에 기초하여 은하수는 별들로 이루어진 원반이며 태양과 태양계가 그 원반 속에 들어 있으며 우주에는 이 같은 집단이 더 있다고 주장했다. 라이트의 주장은 1930년대에 가서야 옳다는 것이 확인 되었다.
우리은하 밖에도 천체들이 존재한다는 증거는 혜성의 연구에서 나왔는데 혜성은 태양에 다가오거나 멀어질 때 그 위치와 밝기가 변한다. 그런데 18세기에 일부 천문학자들이 혜성처럼 보이지만 위치나 밝기가 변하지 않는 천체들을 발견했다. 이것을 성운(nebula)라 명명했다.
허블의 법칙과 팽창하고 있는 우주
1860년대에 천문학자들은 빛을 색띠 모양의 스펙트럼으로 분해하여 각 색의 밝기를 측정하는 분광학을 이용하여 성운의 정체를 알아냈다. 성운의 스펙트럼을 분석해보니 어떤 성운은 타오르는 수소기체의 스펙트럼과 정확하게 일치한다. 이것은 성간가스구름이었다.
다른 성운의 스펙트럼은 더 복잡한 별빛의 스펙트럼과 비슷한데 이것은 별들의 집단이라고 볼 수밖에 없다. 그러면 이것이 우리 안에 있느냐, 밖에 있느냐? 이것이 문제이다. 이 문제를 최종적으로 해결한 사람이 미국의 천문학자 에드윈 허블이었다.
세페이드 변광성은 그 밝기가 며칠에서 몇 주일의 주기로 규칙적으로 변하는 별을 말하는데 미국의 천문학자 헨리 에타 리비트는 세페이드 변광성의 변광주기가 그 절대 밝기의 평균값과 밀접한 관계가 있다는 것을 발견했다. 즉, 별의 밝기가 변하는 주기를 측정하면 그 별의 밝기의 절대등급을 알 수 있게 되었다.
그러면 이런 결론이 나온다. 변광성의 변광주기를 알면 그 별의 절대 밝기가 얼마인지 알 수 있고 그 별의 겉보기 밝기를 측정하면 그 별에서 나온 빛이 먼 거리를 지나오는 동안 얼마나 감소했는지 계산할 수 있다.
절대등급으로는 밝기가 원래 얼마인데 겉보기 밝기가 얼마라면 그것은 거리 때문에 차이가 나는 것이기 때문에 별까지 거리를 측정할 수 있게 되었다. 허블이 한 연구도 이것이었는데 허블은 관측결과 안드로메다 성운과 삼각성운이 우리은하밖에 존재한다는 사실을 명백하게 보여 주었다.
허블의 연구는 베스토 슬라이퍼의 연구를 더욱 발전시킨 것이었다. 슬라이퍼는 성운에서 오는 빛의 스펙트럼에서 밝은 색과 어두운 색의 패턴을 분석했다. 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라의 스펙트럼에서 성운 빛의 대부분이 빨간색 쪽으로 이동하고 있다는 것을 발견했다.
적색이동은 도플러효과 때문에 발생한다. 도플러효과란 소리의 음파는 음원이 청취자가 있는 곳으로부터 멀어질 때 음파가 길게 늘어나면서 진동수가 줄어드는 효과를 말한다. 예를들어 소방차가 내는 싸이렌은 소방차가 멀어지면서 소리가 작아진다. 이것은 소방차가 멀어지면서 싸이렌의 음파가 길게 늘어나면서 진동수가 줄어들기 때문이다.
만약 성운의 빛의 스펙트럼이 파란색 쪽으로 이동하였다면 파장이 짧아지고 진동수가 늘어나 성운이 가까워지고 있다는 증거이고 빛의 스펙트럼의 파장의 변화가 없다면 성운은 정지상태라는 의미가 된다. 그런데 나선성운에서 오는 빛의 스펙트럼은 시간이 지나면서 파장이 길게 늘어난 붉은 색쪽으로 이동하는 것을 보여주었다. 이것은 성운이 지구로부터 멀어지고 있다는 것을 의미한다.
허블은 각 은하에서 오는 빛의 파장이 붉은 색 쪽으로 이동하는 정도가 은하까지의 거리에다 어떤 상수를 곱한 값과 같다는 사실을 발견했다. 오늘날 그 상수는 곧 허블상수이고 법칙은 허블의 법칙으로 알려져 있다. 허블의 법칙에 따르면 더 멀리 있는 은하일수록 적색이동이 더 빠르게 일어난다.
이것은 곧 우주가 팽창하고 있다는 것을 의미한다. 허블의 법칙, V=HD, 은하의 거리와 그 후퇴속도를 알면 허블상수 H의 값을 구할 수 있다. H의 값을 알면 은하들이 얼마나 빨리 서로 멀어져 가는가를 알 수 있고 이것을 이용해 빅뱅이래 시간이 얼마나 흘렀는지 알 수 있게 된다. 허블상수의 역수의 값이 우주의 나이이다.
배경지식이 없는 독자들을 위해 좀 더 쉽고 거칠게 설명하자면 이렇다. 현재 은하의 후퇴속도와 거리는 빅뱅순간에서부터 점점 늘어난 것이다. 그래서 지구에서 어떤 은하까지의 거리를 알면 그 은하의 후퇴속도를 거리로 나눈 값의 역수를 통해 빅뱅이 언제 일어났는 지 추론을 할 수 있게되는 것이다.
그대가 라면을 사기위해 집에서 편의점에 간다고 가정해 보자. 그대의 집에서 편의점까지의 거리와 그대가 걸어간 속도를 안다면 집에서 편의점까지 가는데 걸리는 시간을 알 수 있다. 속도=거리/시간, 즉 V=S/T이다. 그러므로 시간=거리/시간, T=S/V, 이렇게 된다.
거리와 속도를 알면 어떤 지점으로부터 다른 지점까지 걸린 시간을 알 수 있게 되는 것이다. 이처럼 은하의 후퇴속도와 은하까지의 거리를 알면 우주의 처음상태에서 지금의 속도와 거리까지 도달하게된 시간을 추론할 수 있게 되는 것이다. 그렇게 하여 빅뱅이 처음 시작된 시간을 추론하게 되는 것이다.
자, 정리해보자면 이렇다. 세페이드변광성의 변광주기를 통해 은하까지의 거리를 알게 되었고 또한 도플러 효과를 통해 은하가 팽창하고 있다는 사실을 알게 되었으며 그 사실들을 좀 더 치밀하게 관찰하고 기록하여 은하가 멀어지는 속도와 거리를 통해 객관화된 수학공식들까지 만들게 되어 우주의 나이를 추론할 수 있게된 것이다.
완벽한 대칭 상태의 우주와 대폭발
1927년 벨기에의 천문학자이자 우주론자인 조루주 르메트르는 아인슈타인의 방정식의 해를 구해 발표하여 팽창하는 우주를 설명할 수 있었다. 르메트르는 "시간이 지남에 따라 은하들이 멀어져 간다"는 관찰, 경험, 실험, 그리고 수학적 객관화를 통해 다듬어진 생각의 단위로부터 "그렇다면 과거에는 은하들이 더 가까이 있었을 것이다"라는 생각을 추론해 냈고 "그런 식으로 시간을 계속 거슬러 올라가면 은하들이 서로한데 뭉쳐있던 때가 있었을 거다"라는 생각까지 밀고 올라갔다.
'우주의 모든 물질이 뜨겁고 밀도가 높은 하나의 작은 구안에 들어있던 시점', 이것을 르메트르는 '원시 원자'라고 불렀는데 태양의 30배 크기의 이 원자가 폭발하면서 우주가 시작되었다고 주장했다. 이후 이 모형은 더 작고 더 뜨겁고 밀도가 더 높은 시간까지 다듬어졌다. 우주의 근원적 힘들이 완벽한 대칭을 이루고 있었던 무와 같은 상태가 있었던 것이다. 바로 이 상태에서 우주는 대 폭발을 하게된다.
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