[하정열의 시·그림과 함께 떠나는 우주여행](50) 우주(宇宙, universe)와 공간

인터뷰365 하정열 칼럼니스트 = 우리는 흔히 티끌같은 존재로 태어나 찰나를 살다가는 존재라 한다. 우주의 시공간을 생각하면 딱 들어맞는 말이다. 그러면 우리가 지금 여행하고 있는 우주라는 공간은 어떻게 만들어 졌으며, 도대체 얼마나 큰 것일까?

우주는 행성, 별, 은하, 블랙물질과 블랙에너지 및 기타 형태의 물질과 에너지를 포함한 모든 공간과 시간 및 그 내용물을 포함한다. 우주라는 단어는 라틴어 universum에서 영향을 받은 고대 프랑스어 univers에서 파생되었다.

지금까지 우주공간의 발달에 대한 지배적인 우주론적 기술은 빅뱅이론이다. 빅뱅이론에 따르면, 처음에 존재하는 에너지와 물질은 우주가 팽창함에 따라 밀도가 낮아졌다. 초기 1초 미만의 뜨겁고 조밀한 상태를 ‘플랑크시대’라고 한다. 플랑크시대에는 모든 유형의 물질과 모든 유형의 에너지가 조밀한 상태로 집중되었으며, 현재 알려진 네 가지 힘들 중 가장 약한 중력은 다른 기본 힘만큼 강했으며, 모든 힘은 통일된 것으로 추정된다.

플랑크 시대 이후로 우주는 현재의 규모로 팽창해 왔으며, 매우 짧지만 강렬한 우주 급팽창 기간이 처음 30여초 이내에 발생한 것으로 여겨진다. 우주가 상상할 수 없을 정도로 뜨거운 상태에서 계속 냉각됨에 따라 ‘쿼크시대’, ‘강입자시대(hadron epoch)’ 및 ‘경입자시대(lepton epoch)’로 알려진 다양한 유형의 아원자 입자가 짧은 시간 내에 형성될 수 있었다. 이 시대들은 대폭발 이후 10초 미만의 시간을 포함한다. 초기 가속 팽창과 알려진 네 가지 기본 힘의 분리 이후, 우주는 점차 냉각되고 계속 팽창하여 최초의 아원자 입자와 단순한 원자들이 형성될 수 있게 되었다. 이러한 기본 입자는 양성자와 중성자를 포함하여 훨씬 더 큰 조합으로 안정적으로 결합되어 핵융합을 통해 더 복잡한 원자핵을 형성했다. 대폭발 핵합성으로 알려진 이 과정은 약 17분 동안 지속되었고, 대폭발 후 약 20분 안에 종료되었으므로 가장 빠르고 간단한 반응만 발생했다.

핵합성이 끝난 후 우주는 ‘광자시대(photon epoch)’로 알려진 시기에 들어섰다. 이 기간 동안 우주는 여전히 물질이 중성원자를 형성하기에는 너무 뜨거워서 음전하를 띤 전자, 중성미자 및 양의 핵으로 구성된 뜨겁고 조밀하며 안개가 자욱한 플라즈마를 포함하고 있었다. 약 377,000년 후, 우주는 전자와 핵이 최초의 안정한 원자를 형성할 수 있을 만큼 충분히 냉각되었다.

암흑물질이 점차 모여 중력의 영향을 받아 필라멘트와 거시공동의 거품같은 구조를 형성했다. 수소와 헬륨으로 이루어진 거대한 구름은 점차 암흑물질이 가장 밀도가 높은 곳으로 끌려가면서, 오늘날 볼 수 있는 최초의 은하, 별, 그리고 다른 모든 것을 형성했다. 공간과 시간은 약 138억년 전에 함께 출현했고, 우주는 대폭밮 이후 계속 팽창해 왔다. 전체 우주의 공간적 크기는 알 수 없지만, 관측 가능한 우주의 크기는 직경이 약 930억 광년으로 측정이 가능하다. 따라서 우주는 상상을 초원한 어마어마한 크기이다. 일반적인 은하의 지름은 약 3만 광년이고, 두 개의 인접한 은하 사이의 일반적인 거리는 약 300만 광년이다. 예를 들면 우리은하의 지름은 대략 10만 광년이고, 우리은하에 가장 가까운 자매 은하인 안드로메다은하는 약 250만 광년 떨어져 있다.

그러나 우리가 일반적으로 말하는 우주공간이란 국가의 영공주권에 따른 공역(air space)을 초월하여 지구의 밖으로 넓어진 공간을 말한다. 이 공간에는 지구 이외의 천체도 포함된다. 하지만 대부분의 경우 달이나 수성의 표면은 우주공간이라고 부르지만, 지구의 표면은 우주공간이라고 부르지 않는다. 그 이유는 바로 지구의 표면이 대기권이라는 공기층에 둘러싸여 있기 때문이다. 통상 우리는 지구 대기권 너머의 모든 곳을 우주공간이라고 부른다.

지구 대기의 보호를 받지 못하는 우주 공간은 매우 끔찍하고 혹독한 곳이다. 우주 정거장이 떠 있는 높이까지만 나가더라도 우리는 우주복 없이는 단 1초도 살아남을 수 없다. 먼저 공기가 없으니 숨을 쉴 수가 없다. 하지만 더 끔찍한 일은 우리 몸은 지구 표면의 대기압력에 맞게 적응되어 있기 때문에, 공기가 없는 곳으로 나가면 몸 안의 압력이 몸 바깥의 압력보다 더 커져서 혈관이나 내장들이 터져 버린다.

유엔이 1963년 선포한 ‘우주조약’에 의하면 달과 기타 천체를 포함한 우주공간은 모든 국가에 열린 인류의 활동분야로 그 탐사나 점거 및 기타의 어떠한 수단에 의해서도 국가의 취득의 대상이 되지 않도록 하고(2조), 천체는 평화목적의 이용에 한정되며 군사기지와 시설의 설치, 무기실험, 군사연습을 금지하였다(4조). 그러나 천체를 제외한 우주공간 자체의 군사이용은 금지되어 있지 않다.

우리 인류는 우주창조와 우주공간에 대해 다양한 신화와 이야기를 만들어 냈다. 핀란드 서사시 칼레발라, 반고의 중국이야기 또는 인도 브라만다 푸라다 등의 신화에서는 우주가 계란에서 태어난다. 브라만과 프라크르티, 세레르족의 창조신화에서는 우주는 기본원리인 도 또는 음과 양에서 나온다. 아브라함계의 신이 우주를 창조했다는 유대교와 하느님이 우주를 창조했다는 기독교는 창조신앙에 바탕을 두고 있다.

이러한 우주의 창조와 우주공간의 팽창에 따른 무한의 공간 개념을 생각하면서 '우주창조2021-2'라는 그림을 그리고, '우주여! 하늘이여!'란 시를 썼다.

당신은 930억 광년이라는 
가없이 넓고 광할한 벌판을
곱디고운 오방색 치맛자락으로 품어 

우리들의 먼 조상인 은하와
아버지 별과 어머니 달에게
세월의 텅빈 가슴 내맡겨
그윽한 쉼터를 마련해주고

십만 광년이라는 우리은하의 
한 모퉁이 조그만 섬에 사는  
우리, 왜소한 지구 생명체에게 
무한한 꿈과 희망을 주는

신비스러운 베일에 싸인 
우주의 끝모를 신화의 공간
찬란하고 황홀한 하늘이시여!