우리 우주의 첫 순간

암흑물질, 암흑에너지, 양자중력…… 우주의 거대한 미스터리는 빅뱅 직후 몇 초의 순간과 강하게 연결되어 있다 우리 우주의 첫 순간에 관한 환상적인 탐구 기록 우주의 기원과 현재 우리의 세상을 이해하게 된 놀라운 여정에 대해 깊이 이해하고 싶은 사람이라면 반드시 읽어야 할 책이다. ― 황호성(서울대학교 물리천문학부 교수) 138억 년 동안 우주가 어떻게 진화했는지는 과학적으로 잘 입증돼 있다. 그러나 우리 우주가 탄생한 빅뱅 직후 몇 초의 순간은 여전히 미스터리로 남아 있다. 이 짧은 순간에 무슨 일이 일어났는지를 밝혀내는 것은 우주론에서 초미의 관심사다. 이 짧은 순간은 만물의 탄생은 물론 암흑물질, 암흑에너지, 양자중력 등 여전히 수수께끼인 우주론의 문제들과 관련돼 있기 때문이다. 해나무 신간 『우리 우주의 첫 순간(At the Edge of Time)』은 우주의 비밀을 밝혀온 역사의 중요한 순간들과 그 의미, 그리고 오늘날 베일에 가려진 빅뱅 직후의 순간을 설명하려는 과학자들의 분투기를 담은 현대 우주론 안내서다. 우주론은 어디에서 출발해서 어디로 가고 있는가? 아인슈타인부터 빅뱅의 발견, 암흑물질과 양자중력까지, 과학계를 뒤흔든 우주론의 질문들을 따라가보자. 어느새 관측과 실험의 혁신으로 우주 최초의 순간에 좀 더 가까이 다가가고 있는 천문학 연구 현장의 최전선에 도달해 있을 것이다. 우주에 대해 어디까지 알고 있고, 모르는 것은 무엇인가 한 권으로 읽는 현대 우주론의 중요한 질문들 ‘우리 우주는 138억 년 전 빅뱅에서 탄생했다.’ 이는 우주에 조금이라도 관심이 있는 사람이라면 상식으로 알고 있는 사실이지만, 이를 알기까지 수많은 과정이 있었다. 불과 100여 년 전만 해도 시간과 공간은 변하지 않는 것으로 인식했고, 우주는 시작도 끝도 없었다. 아인슈타인의 상대성이론 이후에야 천문학자들은 우주가 팽창하고 있다는 것을 발견했고, 그것은 우주의 시작이 있다는 의미였다. 우주는 왜 팽창하는가? 가속 팽창을 하는 이유는 무엇인가? 이를 탐구하는 과정에서 암흑물질과 암흑에너지, 양자중력 등 오늘날 현대 우주론의 중요한 문제들이 등장했다. 이 책은 중요한 과학적 발견의 순간을 되짚으며 우주론의 큰 흐름을 쉬운 언어로 풀어낸다. 새롭게 등장하는 질문과 그에 대한 답을 찾는 여정을 따라가면서 다양한 천문학 이론의 의미, 관측과 실험의 목적을 이해하게 된다. 표준 모형, 물질과 반물질, 우주배경복사, 암흑물질, 암흑에너지, 다중우주 등 우주론에는 선뜻 다가가기 쉽지 않은 전문 용어가 많이 등장하지만, 중요한 것은 그것이 어떤 맥락에서 논의되는지를 이해하는 것이다. 그런 측면에서 댄 후퍼는 현대 우주론의 핵심을 잘 정리했다. 나아가 앞으로 풀어나가야 할 질문들과 그 답에 대한 아이디어도 펼쳐놓았다. 평소 우주에 대해 궁금해한 독자와 현대 우주론을 간결하게 정리하고 싶은 독자 모두에게 이 책은 길잡이가 되어줄 것이다. 암흑물질을 어떻게 찾을 것인가 우주의 본질을 밝혀내기 위한 흥미진진한 여정 우주에 대해 우리가 알고 있는 것은 원자로 이루어진 5퍼센트에 불과하다. 나머지 95퍼센트를 이루는 암흑물질과 암흑에너지에 대해서는 완벽하게 설명하지 못하고 있다. 우주론 학자 대부분은 암흑물질과 암흑에너지의 존재를 의심하지 않는다. 이론은 물론 관측과 실험 데이터가 그것이 존재함을 뒷받침하고 있기 때문이다. 다만 직접적인 관측은 아직 이루어지지 않았다. 이러한 현실이 과학자들을 애타게 한다. 암흑물질 연구로 유명한 댄 후퍼는 과학자들이 우리 우주의 기원과 본질에 관해 묻는 독특하고 난해한 질문을 설명하는 것은 물론, 거대 강입자 충돌기(LHC) 실험과 감마선 우주망원경 관측을 소개하며 과학자들의 고군분투까지 생생하게 담아냈다. 과학자들은 원시 우주의 상태를 재현하기 위해 길이 27킬로미터에 달하는 거대 강입자 충돌기를 건설하고 여기에서 암흑물질이 생성되기를 기대한다. 또한 페르미 망원경을 우주에 띄워 암흑물질에서 나올 것으로 예상하는 감마선을 포착하려고 한다. 쉽지는 않다. 예상과 달리 아직까지 LHC에서 암흑물질이 검출되지 않았고, 펄사에서 나오는 감마선은 ‘암흑물질 사냥꾼’을 방해한다. ‘암흑물질이 탐지되지 않는 다른 이유가 있는 것은 아닐까? 암흑물질은 완전히 다른 방식으로 빅뱅 직후 생성된 것은 아닐까?’ 드넓은 우주는 호기심을 자극하고, 아직 풀리지 않은 질문들은 해결책을 내놓을 주인을 기다리고 있다. 이 책을 통해 흥미로운 우주론의 여정에 참여해보자.