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우주의 기원을 밝혀낸 빅뱅이론의 아버지 르메트르
우주는 미지의 종말을 향해 진화해 갈까? 고대 그리스인들이 생각했던 것처럼 정지된 상태로 있을까? 이는 고대의 헤라클레이토스로부터 우파니샤드의 저자에 이르기까지 사상가들의 주된 논의의 주제였으며, 마야인에서 아인슈타인까지 이를 연구했다. 그런데 20세기에 들어서면서부터 우주론은 과학기술의 발전과 함께 괄목할 만한 성장을 이루었다. 그 배경에는 걸출한 천체물리학자들의 등장도 한 몫을 했다. 거기에는 우리가 잘 알고 있는 세기의 천재 아인슈타인을 비롯해 허블망원경으로 유명한 에드윈 허블, 빌렘 드 시터, 그리고 유명한 조지 가모프에 이르기까지 수많은 두뇌들이 포함되어 있다.
하지만 오늘날 받아들여지고 있는 빅뱅이론이나 블랙홀이론이 사실 벨기에의 가톨릭사제이자 과학자인 조르주 르메트르로부터 시작되었다는 것을 아는 사람은 드물다. 르메트르는 후일 빅뱅이론으로 발전된 ‘원시원자(primeval atom)’ 개념을 도입하면서, 우주는 팽창하고 이러한 팽창을 거슬러 올라가면 우주의 기원, 즉 그가 ‘어제가 없는 오늘(The Day without yesterday)’이라고 불렀던 태초의 시공간에 도달한다는 선구적 이론을 펼쳐냈다. 또한 그는 아인슈타인이 폐기한 우주상수가 복귀되어야 한다고 강조했는데, 1990년대 들어 과학자들이 우주의 팽창이 가속화하고 있음을 발견함으로써 우주상수를 공식적으로 복귀시킨 것보다 거의 반세기나 앞선 지혜였다.
이 책은 진화하는 우주에 관한 현대 우주론의 역사를 살펴보면서 과학계가 우주 팽창을 확신하기까지 르메트르가 미친 영향을 추적한다. 또한 신을 믿고 따르면서도 가장 무신론적인 주제인 우주의 기원을 밝혀낸 빅뱅이론의 아버지 조르주 르메트르의 일생과 학문을 살펴본다. 과학저술가인 저자 존 파렐은 우주론과 관련된 물리학과 수학 등의 난해한 과학이론을 쉽게 설명하면서 우리를 환상적인 우주의 시작과 끝으로 흥미롭게 안내하고 있다. 특히 끊임없는 의심과 비판, 완고함, 기회상실, 혼란, 그리고 노골적인 부정 등으로 점철되어 있는 현대 우주론의 역사를 명쾌하게 정리하고 있다. 이 책을 통해 새롭고 위대한 이론이 탄생하여 발전되어 온 과정을 살펴보다 보면, 우주와 인간 존재에 대한 의미 있는 지식과 성찰을 얻게 될 것이다.
세기의 천재 아인슈타인을 넘어서다
뉴턴역학은 세계와 우주에 관한 인간의 시각에 엄청난 변화를 불러일으켰지만 또 다른 과제를 안겨주었다. 그것은 우주의 천체들이 중력으로 서로 잡아당긴다면 서로에게 점점 다가가서 결국 한 점으로 붕괴되어야 하는데 실제로는 왜 그렇지 않은가 하는 문제였다. 이는 천재과학자 아인슈타인에게도 크나큰 난제였다. 그는 자신의 중력장방정식에 서로 밀어내는 힘인 우주상수라는 개념을 도입함으로써 우주의 붕괴를 막고 우주를 정지된 상태로 유지하려 했다. 그러나 르메트르를 비롯한 여러 과학자들에 의해 우주의 팽창이 확인되자 아인슈타인은 우주상수의 도입이 자신의 일생에서 가장 큰 실수였다고 말했다.
르메트르는 아인슈타인이 폐기한 우주상수가 복귀되어야 한다고 강조했지만 그 후에도 과학자들은 우주상수는 없으며, 따라서 우주상수 값은 0이라고 주장하면서 자신들의 견해를 실제로 증명하기 위해 노력했다. 그러나 1998년 초신성에 대한 관측 결과 그들은 오히려 팽창이 빨라지고 있음을 확인했다. 천체들이 중력을 통해 서로 잡아당기고 있는데 오히려 더 빠르게 멀어지는 이유는 무엇일까? 이 문제를 해결하기 위해 아인슈타인이 처음 제안했던 우주상수가 다시 도입되었다. 서로 밀어내는 힘인 우주상수의 존재를 인정했던 르메트르의 주장은 반세기나 앞선 지혜였다. 우주론에 기여한 르메트르의 선구적 업적은 여기에 그치지 않는다. 그는 우주 공간이 붕괴하여 반지름이 0이 되는 특이점을 결정하게 되는 과정도 설명했는데, 우리는 현재 이것을 ‘블랙홀’이라 부른다.
르메트르는 수학과 중력장방정식에 폭넓은 지식을 가지고 있었기에 당대의 어느 누구보다, 심지어 위대한 학자인 아인슈타인보다도 우주론을 폭넓게 사고할 수 있었다. 그가 아인슈타인에게 우주의 팽창모형을 제시했지만 아인슈타인은 이를 거부했다. 만약 아인슈타인이 르메트르의 견해를 받아들였더라면 우주의 팽창을 예견했을 것이다. 우주의 팽창에 대한 실제 발견이 있기 10여 년 전에 말이다. 이러한 사실은 어쩌면 르메트르의 학문적 깊이와 넓이가 그만큼 컸다는 것을 짐작하게 해주는 대목일지도 모른다.
진리를 향해 종교와 과학이라는 두 길을 걸은 르메트르
빅뱅이론의 아버지로 불리는 르메트르가 우주론 연구의 과학사에서 한 획을 그은 과학자라는 점은 분명한 사실이다. 하지만 많은 과학자들은 그가 로마가톨릭 신부라는 이유로 빅뱅이론으로 발전된, 우주가 폭발하면서 팽창한다는 그의 원시원자 이론에 대해 과학과 종교를 혼동한 것이라는 의심스런 눈길을 보냈다. 예컨대 프레드 호일이나 윌리엄 보너 등의 천문학자와 물리학자들은 가톨릭 신부 교육이 우주의 기원에 대한 그의 관점을 왜곡시켜 원시원자 이론이 성서의 창세기에서 ‘창조’라는 개념을 이끌어냈다고 공격했다. 아인슈타인 역시 팽창하는 우주라는 개념을 일고의 가치도 없는 것으로 간주했다. 실제로 르메트르는 자신의 과학논문에 ‘창조’뿐만 아니라 그와 비슷한 용어조차 한 번도 사용하지 않았는데 말이다.
19세기 다윈의 진화론 이후 종교와 과학 사이에는 논쟁과 갈등이 존재해왔지만, 르메트르에게 종교와 과학은 모두 진리를 향해 가는 것으로 서로에게 개입해서는 안 되는 완전히 상반된 두 길이었다. 그래서 교황 비오 12세가 르메트르의 팽창우주 모형, 즉 원시원자 이론이 성서 창세기의 창조 이야기를 과학적으로 입증해주었다고 했을 때 르메트르는 불같이 성질을 내며 광분하기도 했다. 그는 과학연구에 몰두했지만 미사를 집전하는 등의 성직자로서의 임무도 결코 게을리 하지 않았다.
분명히 르메트르를 이야기할 때 그의 신앙과 직업 문제는 동시에 거론될 수밖에 없다. 신부라는 직업과 그의 신앙이 과학과 상대성이론 그리고 우주론에 대한 그의 관점에 끼친 영향은 무엇이고, 또한 과학이 그의 신앙에 어떤 영향을 끼쳤는지는 확실히 알 수 없다. 하지만 과학사를 연구한 장 아이젠스타트 교수는 다음과 같이 정리하고 있다. “르메트르는 가톨릭 신부로서 신의 존재를 더 가까이에서 느꼈을 것이다. 그리고 그렇기 때문에 창조론에서 더 자유로울 수 있었을지도 모른다. ……르메트르는 전체와 부분을 결합시키고자 했다. 이러한 과제를 수행하는 데 신부보다 더 적절한 사람이 있을까? 그는 이를 자신의 과제로 확신했다. 그는 엄격한 물리학과 수학을 통해서 대답해갔다. 르메트르를 과학과 종교를 혼동한 사람으로 비난해서는 안 된다.”
결론적으로 가톨릭사제인 르메트르 신부가 세기의 천재 아인슈타인조차 인식하지 못했던 팽창우주부터 우주상수와 블랙홀까지, 현대 우주론의 중요한 발전에 있어 과학자로서 핵심적인 역할을 했다는 점은 누구도 부인할 수 없는 사실이다.
