『현대우주론』 - 일루메 두라누스 지음

《 목차 》

1. 냉각설

2. 성운설

3. 조우설

4. 와동설

5. 운석설

6. 연속창조설

7. 빅뱅설

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뉴톤은 우주는 영원히 변하지 않는다는 정태론적인 입장을 견지하였다. 이러한 개념은 19세기 중반까지 이어졌다. 그러나, 허블(E.P. Hubble 1889-1953)이 은하계에서 나오는 별빛이 붉은 파장쪽으로 치우치는 적색편이현상(redshift 1929)을 발견함으로써 정태론은 흔들리기 시작했다. 그는 적색의 치우침의 정도가 은하계가 지구로부터 멀어져 가는 속도에 비례한다는 허블의 법칙을 수립하였다.

V=Hr (V; 은하의 후퇴속도, r; 지구로부터의 거리, H; 허블상수)

이에 따라, 뉴톤 이래로 우주는 변하지 않는다고 믿어 왔던 정태적 우주론이 동적 우주론으로 바뀌게 되었다. 그 후, 아인슈타인이 <특수상대성이론>(1905)과 <일반상대성이론>(1916)을 통하여 시간과 공간의 개념을 상대화시킴으로써 동적 우주론이 확립되었다. 우주의 팽창현상을 설명하기 위하여 여러 가설들이 등장했는데, 그 중 대표적인 것이 가모브의 빅뱅설과 호일경의 연속창조설(일명, 정상상태이론)이다.

지금까지 제안된 우주의 탄생에 대한 이론 중 각광을 받고 있는 것이 성운설과 빅뱅설이다. 성운설은 구름먼지가 수축하여 우주가 생성되었다는 주장인데, 창세기에서 말하는 먼지로 우주가 만들어졌다는 주장과 유사하여 관심을 끌고 있다. 진화론적인 빅뱅설은 우주가 그 고유성에 의해 스스로 형성된 후 보다 높은 질서세계를 향해 진화하여 왔다고 주장한다. 창조설은 초월적인 존재가 무에서 유를 창조했으며, 때와 연한과 사시를 측정하기 위한 목적으로 해와 달과 별들을 창조하셨다고 말한다(창1;14-16). 빅뱅설에서는 우주의 나이가 120억년 이상이며, 태양은 50억년, 지구는 45억년이라고 주장한다. 그러나, 창조론에서는 우주의 나이를 매우 짧게 보며(최대 수만년), 지구가 태양보다 먼저 탄생했다고 주장한다. 양자간의 주장에 너무나 현격한 차이가 있음을 알 수 있다. 이 밖에도 냉각설, 성운설, 조우설, 와동설, 운석설 등이 있다.

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(1) 냉각설 (冷却說)

데카르트(1644)는 지구를 태양과 같이 뜨거운 불덩이가 냉각되어 만들어진 것이라고 생각했다. 영국의 천문학자인 톰슨경(칼빈경)이나 뉴톤도 이러한 견해를 가지고 있었다. 그래서 그들은 지구의 냉각속도로부터 지구의 나이를 추정하기도 하였다. 지금까지 강력한 우주형성이론으로 인식되어 왔던 이 설은 지금은 서서히 부정되고 있다.

동경대의 이지리박사(1983) 등은 "(이 설이) 지금까지는 원숭이가 사람으로 진화했다는 진화론처럼 상식화된 이론이었으나 ...2차대전 이후부터는 최초의 지구가 차거운 고체였으며 점차로 따뜻하게 되었다는 성인설(成因說)이 나타나게 되었다"고 하였다. [Shouji Ijiri & Masao Minato: 地球의 歷史, 岩波新書, 1983]. 동경대학의 명예교수인 타케우치와 우에다 교수(1984)도 "이 설은 1940년경부터 점차로 형세가 불리하게 되었다...그 대신, 성운설로 대체되고 있다"고 하였다. [Hiroshi Takeuchi & Masaya Ueda: 地球의 科學, NHK Books, 1984]

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(2) 성운설 (星雲說/低溫起源說)

독일의 철학자인 칸트(Immanuel Kant 1755)는 지구가 가스모양의 성운이 수축하여 생긴 것이라 하였다. 그의 이론은 라플라스(Pierre S. LaPlace 1749-1827)가 보완했으며(1796), 최근에는 휘플(Fred Whipple)에 의해 보강되었다(그림 3). 현재, 가장 유력한 이론으로 부각되고 있다. 지구가 성운(먼지)으로 만들어졌다는 주장은 창세기의 기록과 유사하여 관심을 끌고 있다. 그 개요는 이러하다.

우주의 생성초기에는 차거운 먼지구름들이 자체중력으로 압축되어 평평한 회전판으로 바뀌었다고 한다. 그 후, 8천만년동안 이 원반이 90%의 질량이 압축된 조밀한 동심(同心)과 고리(環)로 분리되었다는 것이다. 이 동심이 원시태양(proto-sun)이 되었고 나머지 10%의 질량으로 구성된 고리들이 반복적으로 충돌할 때 생긴 먼지가 재결합하여 원시행성들(proto-planets)이 되었다는 것이다(그림 4). 원시지구도 이 고리에서 만들어진 것으로 지금의 500배의 무게에 직경은 2천배에 달했을 것으로 추정한다.

그 후, 수백만년이 지나면서 무거운 물질이 행성들의 중심방향으로 이끌리어 핵을 만들었고, 수소와 헬륨가스가 주변을 에워쌌다. 태양은 수축을 계속했으며, 이윽고 내부의 핵반응으로 열을 발생하게 되었다. 이때부터 빛이 나타나기 시작했다. 태양의 뜨거운 열에 의해 행성들의 주위에 있었던 가스층이 사라지고 행성에서도 그 중심부로 질량이 집중하게 되었다. 다시 수억년이 흐르면서 태양의 복사열로 작은 행성들은 타버렸거나 크기가 줄어들면서 내행성(內行星)과 외행성(外行星)만 남게 되었다는 것이다.

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(3) 조우설 (遭遇說)

지질학자인 첸버킨(Chanberkin 1905)이 주장한 이론이다. 과거에 한 행성이 태양곁을 지나면서 가스들을 이끌어 냈으며, 이러한 가스들이 식어서 작은 입자로 되고, 이들이 모여서 행성을 이루었다는 것이다. 그러나, 이 설로는 위성의 존재에 대해 설명하지 못하는 맹점이 있다. 또한, 럿셀(Russel 1935)이 밝힌 바에 의하면 두 행성의 표면이 백만킬로미터까지 접근해야 가스가 분출되며, 이렇게 분출된 가스들은 서로 뭉치지 않고 이탈되어 영원히 사라져 버린다는 것이다.

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(4) 와동설(渦動說)

이 설은 바이츠자커(Carl Friedrich von Weizsacker 1924)가 제시한 것으로, 원시성운이 운동할 때 와동이 발생하여 그 와중에서 물질들이 결합되어 행성이 되었다는 것이다. 그리고, 행성들이 태양의 주위를 돌면서 주변의 물질들을 흡수하여 나온 것이 위성이 되었다는 것이다. 그러나, 그가 가정한 원시행성의 밀도가 10^-9/㎤ 이었으나, 은하계의 성운의 밀도는 10^-20/㎤로 양자간에는 일천억 배의 큰 차이를 나타낸다. 이처럼 희박한 기체들이 마찰에 의해 와동을 일으킬 수 있는지 의문시되고 있다.

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(5) 운석설(隕石說)

소련의 슈밋트(Schmidt 1944)가 주장한 설로, 태양이 우주공간을 돌다가 운석과 먼지를 흡수하여 행성들을 탄생시켰다는 것이다. 포획물질들이 태양주위를 타원운동을 하면서 서로 충돌하여 같은 궤도를 그리는 물질들이 뭉쳐져 행성이 되었다는 것이다. 이들은 행성 충돌의 증거로 달표면의 크레이터(crater)와 지구상에서 발견되는 운석공(隕石孔)을 예로 든다.

이 설은 최근에 보이져 1, 2호가 목성, 토성, 천왕성 가까이 접근하여 관측한 결과 이 행성들의 표면에 공통적으로 운석이 충돌했던 흔적으로 보이는 분화구들(craters)이 확인되면서 유력한 이론으로 부상하고 있다.

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(6) 연속창조설(Continuous Creation Theory)

허블 이후, 우주론은 정태적인 것에서 동적으로 바뀌었다. 우주가 쉬지 않고 변하고 있다는 것이다. 우주가 팽창함에도 불구하고 수소의 밀도가 낮아지지 않는 이유를 설명하기 위하여 등장한 이론이 본디와 골드(Herman Bondi & Thomas Gold 1948) 및 호일(1963, Fred Hoyle 1916-2001)등이 주장한 연속창조설이다. 정상상태이론(靜常狀態理論 steady-state theory)으로도 불리운다.

이들은 우주공간은 균일하며 물리적 법칙에 대해 동질적이며 등방적(homogeneous and isotropic)이라는 것이다. 우주가 지속적으로 팽창하고 있지만 수소가 계속 생성되므로, 우주공간에서의 밀도가 항상 같은 수준을 유지(steady-state)하므로 우주는 끝없이 팽창하지만 그 모습은 항상 일정한 모습을 지니고 있다는 것이다. [H.C. Arp, G. Burbidge, F. Hoyle, J.V. Narlikar, N.C. Wickramasinghe; Nature, 346, pp807-812, 1990], [A.L. Peratt; The Sciences, Jan/Feb, p 24, 1990].

이 이론은 시작도 끝도 없이 우주가 영원히 팽창한다는 불교의 무시무종론과 상통하는 면이 있다. 그러나, 최근의 우주관측자료들에 의해 지지를 받지 못하고 있다. 그 이유는 첫째로, 모든 은하계들이 오래되거나 새로 형성된 것이 없이 모두가 비슷한 나이를 가지고 있다는 사실이 확인되었기 때문이다. 둘째로, 우주의 모든 장소와 시간에서 우주적 사건들이 동시에 일어난다는 주장도 우주의 모든 반응들이 비가역적이기 때문에 모순이 된다. 셋째로, 어떻게 무로부터 연속적으로 수소가 생성되는지 설명하지 못한다는 점이다. 이러한 주장은 우주계에서는 물질이나 에너지의 총량은 항상 일정하며 생성되거나 소멸하지 않는다는 열역학 제1법칙이나 인과율에 정면으로 위배가 된다.

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(7) 빅뱅설(Big Bang Theory)

* 개요

빅뱅설(Big Bang Theory)을 처음으로 이론화한 사람은 벨기에의 사제이며 수학자인 르매뜨르(G. Lemaitre)이다. 그는 아인슈타인의 상대성이론과 허블의 적색편이설을 조합하여 우주가 어제가 없는 어느 한 날(A day without yesterday) 무한히 작은 특이점(singularity)인 원시원자(primordial atom)가 갑자기 폭발하면서 만들어진 것이라고 주장하였다. 그는 원시원자가 폭발할 때 생긴 소리를 큰 소음(big noise)이라고 불렀다. 학자들은 우주탄생의 첫 장면을 이렇게 극적으로 묘사하였다.

"태초에 우주에는 매우 아름다운 불꽃놀이가 있었다. 그 때, 연기가 하늘을 가리우는 대폭발이 일어났다. 우리는 우주탄생의 경이에 대해 상상하는 것 밖에는 다른 도리가 없다."[Ferries; Comming of Age in the Milky Way, p212, Los Angeles Times, Jan. 12, 1933]

이러한 이론에 대해 냉소적이었던 영국의 저명한 천문학자 호일(Fred Hoyle)은 Big Noise(큰 소음)를 조롱하여 빅뱅(Big Bang 大爆發) 이라고 했는데, 이것이 후일 이 우주론의 명칭이 되었으니 아이러니가 아닐 수 없다. [Frerries; ibid. p 211]. 이 설은 아인슈타인의 일반상대성원리(1916)에도 부합하기 때문에 더욱 각광을 받게 되었으며, 페르미(Enrico Fermi), 가모브(George Gamov 1904-1968) 및 노벨상(1977)을 수상한 바인버그(Weinberg 1933- )등에 의해 더욱 보완되었다.

이 설에 의하면, 150-200 억년 전에 아무 것도 없는 절대무(絶對無, absolute nihility)로부터 우주가 탄생하였고 한다(그림 5). 우주의 모든 질량이 한 때는 핀머리 크기의 무한히 작은 한 점에 압축된 원시원자(primordial atom) 상태로 존재했었다는 것이다. 그 물질이 어디서 왔는지 설명하지 못하지만, 우주가 무에서 창조되었다는 주장은 창세기의 기록과 매우 유사하다. 다만, 창세기가 말하는 무(無)는 아무 것도 없는 부정적 절대무(否定的 絶對無)인 데 반하여, 빅뱅설에서 말하는 무는 모든 우주를 함축하고 있는 질적 절대무(質的 絶對無)라 할 수 있다.

기독교 이외의 종교나 신화들은 예외 없이 유(질적 절대무)에서 유의 창조를 말하고 있으며, 우주의 창조과정에 대해서는 침묵하고 있다. 불교에서는 무시무종(無始無終)이라 하여 우주의 탄생과 종말 자체를 부인하고, 끊임없는 변화만 있을 뿐이라는 연기설(緣起說)을 주장한다. 그러나, 과학의 기본 법칙인 인과율(因果律)에 의하면, 결과(宇宙)는 원인(起源)이 있기에 가능한 것이므로, 무시무종의 이론은 과학법칙(열역학법칙)으로 볼 때 온당한 해답은 될 수 없다.

이러한 <우주계란>(宇宙卵 cosmic egg)이 점차로 팽창하면서 일정한 공간에서 포화상태에 이르자 큰 소리(big bang)를 내며 폭발하였다는 것이다. 이에 따라, 질량과 방사선이 산지사방으로 확산되었으며, 그 후 원소의 구성에 적합한 온도로 냉각되었다는 것이다. 폭발 후 1/100 초가 지났을 때의 온도는 1000 억℃에서 14 초 후에는 30 억℃로 급냉했으며, 3분 후에는 지금과 비슷한 대기구조(수소 73%, 헬륨 27%)가 되었다는 것이다.

다시, 십만년이 지나자 중성자는 양성자와 전자로 분리되었고, 이어서 양성자와 중성자가 결합하여 원자핵이 되었다고 추리한다. 원자핵은 자유공간에 돌아다니는 전자들과 결합하여 원자량이 가장 작은(1) 수소(H)가 되었으며, 여기에 다시 중성자 한 분자가 결합되어 원자량이 4인 헬륨(He)이 만들어졌다는 것이다. 이것이 사방으로 퍼지면서 가스분자 내의 중력간 견인력에 의해 우주공간의 분자들이 응축하여 준성(準星 quasar)이 되었다는 것이다.

50 억년이 더 지나자 준성은 은하계로 발전하였고, 100 억년이 지나면서 별들의 폭발잔해와 가스가 결합하여 지금과 같은 태양계가 형성되었다는 것이다. 그리고, 태양으로부터 떨어져 나온 뜨거운 가스체가 냉각하여 지구가 되었다는 것이다.

우주는 지금도 팽창하고 있으며 앞으로는 계속 팽창할 것인지(open universe), 아니면 한 점으로 다시 수축하여(big clinch) 소멸할 것인지(closed universe) 분명치 않다는 것이다. 이렇게 하여 우주의 역사는 80-120 억년이 되었을 것이라는 것이다.

가모프(1947)는 100-200 억년전에 10¹⁴ g/cm³ 에 달하는 초고밀도의 원초물질이 폭발하여 우주가 형성되었으며, 이 때의 온도는 106 K의 초고온이었으리라고 주장한다. 그는 우주가 폭발한 증거로 적색편이현상과 3°K 흑체배경복사 파장을 들고 있다.

이상에서 보았듯이 빅뱅설은 추측에서 시작하여 추리로 끝을 맺고 있다는 사실을 간과해선 안 된다. 그렇게 됐으리라고 전제하고서 그 이론에 맞도록 우주의 현상들을 설명하는 해석체계인 것이다. 증명할 수 없다는 점에서 자연과학의 범위를 벗어난 것이라 할 수 있다. 더구나, 엄밀한 의미에서 빅뱅이론은 우주의 기원론이 아닌 형성과정에 관한 이론이라고 할 수 있다. 빅뱅설을 지지하는 증거로 빅뱅론자들은 우주배경복사광 (흑체복사 blackbody radiation), 우주의 팽창이론, 수소와 헬륨의 비율 등을 들고 있으나, 영국의 천체물리학자인 에딩톤(Arther Stanley Edington)과 호일(Fred Hoyle), 노벨상수상자인 알후렌(Hanne Alfren) 등은 다음과 같은 이유로 빅뱅설(Big Bang Theory)을 부정한다.

* 빅뱅설의 문제점

첫째, 배경복사광(Background Microwave)은 빅뱅이론을 지지하지 않는다. 1965년, 벨연구소의 펜지어스(Arno Penzias)와 노벨상 수상자인 윌슨(Robert Wilson)은 은하계가 없는 허공으로부터 파생된 극초단파인 배경복사광(흑체복사파장)을 발견했는데, 이는 빅뱅이론에 반하는 증거로 이해되고 있다. 배경복사광이란 측정시료가 아닌 물체로부터 나오는 전자파로서 우주의 모든 곳에서 발생하며, 그 스펙트럼에 해당하는 우주의 온도는 절대온도 2.7°K(-273℃)에 해당한다는 사실이 칼빈 등에 의해 확인되었다. 이러한 자료에 대해 빅뱅설의 지지자들은 지구가 폭발한 후에 냉각하여 절대온도까지 내려간 것으로 해석하였다.

만일, 우주계란이 방사선으로 대폭발을 일으켰다면, 우주 내에 있는 모든 복사광과 우주물질이 균질하게 확산되어 있어야 한다. 그러나, 우주 내에는 은하장벽(Great wall)과 같은 거대한 은하집단이 있는가 하면, 여기저기에 거대한 우주공극(cosmic void)이 동시에 존재한다. 하와이 대학의 툴리(R. Brent Tully, 1986)는 초은하단(길이 3억광년, 두께 1억광년, 폭 10억광년)을 발견했는데, 그 가운데 3억광년 크기의 거대한 공극(빈 공간)이 내포되어 있음을 확인하였다. 빅뱅설에 의하면 이러한 초은하단이 형성되려면 800억년이 소요되어야 하는 데, 우주의 연령은 150-200억년을 넘지 않는다는 것이다. 이처럼, 우주는 불균질한 상태이므로 빅뱅론자들의 주장과 상반된다. 이는 천문학자인 배로우(John Barrow)가 지적했듯이 "무엇인가 외적인 영향이 있었을 것"을 암시하는 데, 창조론에서는 그 힘을 창조주라 부르지만 일부의 일부 과학자들은 그 요인을 자연현상에서만 찾으려 한다.

이러한 모순을 설명하기 위해서 제시된 이론이 슬리퍼(Slipher 1912) 등의 인플레이션 대폭발설(Inflation theory)이다. 즉, 우주계란이 폭발한 후 10^-32 초 동안에 우주가 급격히 팽창했으며, 이러한 인플레이션 기간 중에 우주의 불균형이 야기되었다는 것이다. 그 후부터 팽창속도가 급속히 줄어든 상태로 서서히 지금까지도 팽창을 계속하고 있다는 것이다. 이 설의 정당성을 입증하려면 우주배경복사의 세기가 위치에 따라 불규칙하다는 사실을 입증하는 것이 중요한 과제로 등장하게 되었다. 이러한 사실을 확인하기 위해 나사(NASA)가 발사한 위성이 코베위성(COBE; Cosmic Background Explorer 1989. 11)이었다, 코베연구팀의 스무트(G. Smoot 92. 4)는 위성에서 보내 온 6억3천만개의 자료를 분석하고서 우주배경복사에 있어서 6백만분의 1정도의 미세하나마 온도의 불균일성을 확인하였다고 발표하였다. [Barbara Goss Levi; COBE measures anisotropy in cosmic microwave background radiation, Physics Today, June, p 17, 1992]

그러나, 이처럼 정밀한 온도차이는 이 측정기구를 고안한 사람 중 하나가 그 장치가 그토록 민감한 온도를 감지할만큼 정밀한 것이 아니라고 발표한 바 있어 실험치에 대한 신뢰성에 의구를 갖게 된다.[Science, May 1, p 612, 1992] 이 글에서 코베연구팀의 책임자인 죠지 스무트는 "관측한 효과는 사실이지만, 그것이 틀릴 가능성이 있다...측정 자체가 사실일지라도 그것은 은하의 운동과 같은 다른 효과에 의해서도 일어날 수 있다"고 말한 바 있다.

이처럼, 배경복사광에 대해서는 다른 해석도 가능하기 때문에 빅뱅설을 증거하는 것으로 보기는 어렵다. [자얀트 나틀리카르; 대폭발설의 문제점, 과학교육, 7월호, 1985]

둘째, 빅뱅의 증거라는 적색편이설은 부정되고 있다. 적색편이현상(赤色編移現象 redshift)은 아인슈타인의 일반상대성원리(1916)로 예측이 되어 오던 것을 허블(Hubble 1929)이 처음 발견했으며, 바인버그에 의해 체계화된 이론이다. 적색편이란 지구에서 보다 멀리 있는 은하계에서 오는 빛일수록 붉은 빛을 띄는 현상을 말하는데, 이는 먼 곳의 은하계가 지구로부터 빠른 속도로 멀어져 가고 있음을 나타내는 증거라는 것이다. 예컨데, 1억 광년의 은하는 초속 2천Km, 10억 광년의 은하는 2만Km, 140억 광년 거리의 퀘이사는 28만km의 속도로 지구로부터 멀어져 가고 있다는 것이다. 이러한 이론으로부터 우주의 팽창이론이 대두된 것이다. 이와는 반대로, 광원이 관측자에게 가까이 올수록 빛이 푸른색을 띠게 되는 현상을 청색편이(靑色編移 blueshift)라 하며, 이 두 경우를 합하여 도플러효과(Doppler Effect)라고 부른다.

그러나, 많은 은하계가 발광물질에 의해 서로 연결되어 있으며, 한 쌍으로 되어 있는 은하계가 서로 다른 적색편이현상을 나타내기도 하고, 심지어 한 은하계가 서로 다른 여러 종류의 적색편이현상을 나타낸다는 사실이 밝혀졌다. 또, 어떤 은하계는 적색이 아닌 청색편이를 나타내는 경우도 확인되었다. 그래서, 독일의 막스프랑크 연구소의 저명한 천문학자인 알프(Halton C. Arp)를 비롯하여 영국의 호일(Fred Hoyle), 노벨상 수상자인 알후렌(Hannes Alfren), 벌비지(Godffrey Burbidge) 등은 빅뱅이론을 구제불가능한 학설로 비판하였다. 최근에는, 아리조나대학의 티프트(G. Tifft 1992)가 적색편이는 은하계의 후퇴로 발생하는 것이 아니라, 미지의 우주법칙에 의해 발생할 수 있다고 주장하여 큰 파문을 일으키고 있다.[Team Beardsley; Quantum Disssident, Scientific America, Dec. p 19, 1992]

이러한 적색편이현상을 다른 방법으로 해석하기도 한다. 예컨데, 아인슈타인(1915)은 중력장에 의한 해석을 한 바 있다 그에 의하면, 인력에 역행하여 빛이 방출되면 빛의 파장이 조금씩 길어지며, 그 인력이 강할수록 빛의 파장도 길어진다는 것이다. [Paul M. Staidl; The Earth, the Stars and the Bible, Presbyterian & Reformed Publishing Company, 1979]

그로부터 10년 후 아담스(Adams 1925)는 시리우스 B라는 별에서 오는 적색편이현상은 중력장에 의한 것임을 확인하였다. 따라서, 적색편이현상을 우주의 팽창 때문이라고 주장하기가 어렵게 되었다. 최근에는 허블상수가 부정확할 뿐 아니라, 일정치도 않다는 지적도 나오고 있다.

셋째, 빅뱅이론의 또 다른 증거라는 차겁고 어두운 물질(CDK, cold dark matter)이론도 부정되고 있다. 지금까지 확인된 바에 의하면, 전 은하계의 질량을 합하여도 은하계 행성들의 총 원심력의 1/10정도밖에 담당하지 못 한다고 한다. 따라서, 은하계가 안정적으로 유지되려면 현재 관측되고 있는 천체질량의 9배가 더 필요하기 때문에, 빅뱅이론의 지지자들은 그것을 <차겁고 어두운 물질>(CDM)이라고 명명하고 그 실체를 찾아 왔다. 그들은 우주에 있는 CDM의 90-99%는 검출되지 않았으나, 거대은하집단의 생성에 필요한 인력(引力)은 공급할 수 있을 것으로 추측하고 있다. 이러한 대안으로 백색왜성, 중성자성, 작은 블랙홀설 등이 등장하였다.

그러나, 손더스 등(Will Saunders et al 1991)을 포함한 9인의 학자들은 97%의 확신을 가지고 CDM 이론을 배제할 수 있다고 하였다.[Will Saunders et al; Nature, 349, pp 32-38, 1991]. 또한, 미국 칼텍의 졸콥시(George Jorkopsy)는 CDM과 상반된 천체가 있음을 발견하고, CDM이론의 소멸을 예견하였다. [T.H. Maugh; Los Angeles Times, Feb. 5, p A29, San Diego, 1991]. 린들리(David Lindly) 역시 빅뱅이론의 한계성을 지적하였다. 그리고, 1991년 구미합작으로 발사된 렌트겐 위성인 로사트(ROSAT)는 X선 방사물질과 거대한 준성의 집단(지구에서 80-120 억광년 거리)을 발견했는데, 이러한 발견은 "CDM 이론의 파멸"을 의미하는 것이라고 펜실바니아 대학의 슈타인하르트(Paul Steinhardt)는 지적하였다. [R. Cowen; Science News, 139, p 52, 1991]

빅뱅설에서 적색편이현상으로 추정할 때 100 억광년 이상 떨어져 있는 천체는 빅뱅초기상태이므로, 은하상태가 아닌 성간물질의 형태이어야 한다. 그러나, 관측자료에 의하면 이들은 완전한 형체를 가진 은하임이 밝혀졌다고 한다.

넷째, 열역학법칙과 대치가 된다. 물질이 관찰할 수 없는 공간에서 현재의 상태로 진화되었다고 하는 정상상태이론(靜態論 steady state theory)이나 물질이 관찰될 수 없는 시간에 현재의 상태로 진화되었다고 하는 대폭발이론은 모두 열역학 1, 2 법칙에 위배된다(그림 6).

열역학 제1법칙은 에너지보존의 법칙(量的)으로 "우주계에서는 에너지가 생성도 소멸도 하지 않고 항상 일정하다"는 것이다. 형태는 변할 수 있으나 에너지의 총량은 불변이라는 것이다. 따라서, 우주의 최초 에너지는 어디서 왔는가 하는 문제에 봉착하게 된다. 에너지가 있다는 것은 인과율법칙에 의하면, 그것을 있게 한 원인이 있어야만 한다. 그러나, 진화론적 빅뱅설로는 이에 대한 아무런 해답이론이 없다. 진화론의 한계를 드러내게 마련이다. 또한 대폭발의 원동력이 무엇인지 설명할 수 없다는 취약점을 가지고 있다.

열역학 제2법칙은 무질서도의 증가법칙(質的)인 데, "외부와 고립된 폐쇄계에서는 그 계의 자유에너지가 점차 낮은 방향으로 반응이 진행되며, 궁극적으로는 완전한 무질서와 불가용성 에너지의 상태에 도달하게 된다."는 것이다. 이 이론에 따르면, 우주는 언젠가 열사상태(熱死狀態 thermal death state)가 되어 먼지가 될 것으로 예견한다. 그러나, 빅뱅이론에서는 정반대로 무질서한 물질들이 모여 고도의 질서를 갖춘 항성으로 진화한 것이라 주장한다. 즉, 열역학 제2법칙과 정반대 방향으로 진화해 온 것이고 주장하고 있는 것이다.

열역학법칙은 창조론자나 진화론자 모두가 인정하는 법칙이라는 사실을 주목할 필요가 있다. 스튜어트(E.B. Stuart 1970)는 "과학사상 열역학 제2법칙에 어긋나는 실험법칙은 전혀 없는 권위있는 법칙"이라 하였고, 그레코(Frank Greco 1982)는 "모든 물리적 관찰에 의하면 열역학 제2법칙은 우주적인 것으로 모든 자연과정에 적용되는 법칙임을 확인해 준다."고 하였다. 영국의 우주학자인 캘빈(Lord Kalvin 1977)은 "우주의 가용에너지는 점점 식어가고 있으며, 결국 유효에너지는 소진되고 말 것"이라고 하였다. 유명한 진화론자인 아시모프(Issac Ashimov 1970)도 "우주는 계속 무질서화 하고 있으며, 이러한 현상은 모든 것이 스스로 퇴화, 붕괴, 소멸, 소진이 된다는 열역학 제2법칙이 주장하고 있는 사실들"이라고 하였다. 대폭발로 우주가 생성되려면 창조주의 개입이 있어야만 가능한 일임을 보여주는 것이다.

다섯째, 확률적으로 불가능하다. 현재와 같은 방대한 우주가 120-180억년의 기간에 우연히 형성될 수 있는 확률은 너무 낮다. 이 역시 창조주의 개입이 없이는 불가능함을 암시한다. [Duane T. Gish; Big Bang 理論 崩壞, Impact No. 216, 聖書 科學 會, 水戶, 1991]

여섯째, 모든 행성의 회전방향이 일정해야 한다. 태양계의 행성운동이 동일해야 하겠지만, 실제로는 금성과 천왕성은 다른 행성들과 반대방향으로 회전한다. 태양계에 있는 50개 위성중 11개는 다른 대부분의 위성들과는 반대방향으로 회전한다.

또한, 위성들의 회전궤도가 적도면과 수평이 되어야 할 것이다. 그러나, 지구를 비롯한 많은 행성들과 위성들이 적도면과 수직이 아니라 기울어져 있다. 지구는 23.5도가 기울어져 있다.

일곱째, 내행성들의 대기조성이 수소와 헬륨으로 구성되어야 한다. 그러나, 지구에는 이들의 함량이 겨우 1%에 지나지 않는다. 수성과 금성의 경우도 이와 유사하다. 지구의 대기는 질소와 산소가 주성분이다. 빅뱅론에 의하면 헬륨은 다음의 과정을 통하여 생성된다고 한다.

① 중성자+양성자 = 중성자+광자

② 중수소+중수소 = 헬륨+중성자

③ 중수소+중수소 = 삼중수소+양성자

④ 중수소+삼중수소 = 헬륨+중성자

그러나, 헬륨은 불활성이므로 핵반응이 급속하게 중단되어 가벼운 기체들(리튬, 베릴륨, 붕소 등)만 형성된다.

여덟째, 자연계에 존재하는 네 종류의 힘(중력, 전자기력, 약력, 강력)은 대칭성과 규칙성을 가지고 작용한다. [유종인외 역; 현대물리학, 삼아사, 1984, 원저는 Paul A Tipler; Modern Physics] 그런데, 어떻게 가장 혼란스러운 방법인 폭발에 의해 대칭성과 규칙성이 생겨날 수 있겠는가? 빅뱅설은 그 어떠한 관찰가능한 기초자료도 가지고 있지 않다. [G. de Vacoleurs; The Care for a Hierachical Cosmology, Science 167, Feb, 1970]

이 밖에, 우주의 생성이론으로 연성설, 암흑반성설, 플라즈마설(plasma theory)등이 있으나 아직 학문적으로 수용되지 않고 있는 실정이다.

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천문학 제4강에 관련된 서적입니다.
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