138억년의 우주나이, 검증 되었나요?
이동용박사(항공기계공학), ACT뉴스 2015년 3월
999년 5월 25일 미항공우주연구원 NASA는 “허블 천체망원경이 팽창하는 우주를 측정하다”라는 특집 발표를 한 바 있다.[1] 그리고 허블 천체 망원경으로부터 얻은 결과들이 우주의 나이를 확정하고 있다고 하였다. 미국을 비롯 전세계 연구기관들로부터 27명의 천문학자들이 참가하는 허블천체 망원경 프로젝트팀(HSTKP)은 우주의 나이와 크기를 결정하는데 필수적인 가장 멀리 떨어진 은하(far flung galaxies)까지 정확하게 거리를 측정하였다고 공언하였다.
여기서 말하는 우주의 나이는 대폭발(빅뱅)로 시작하여 경과된 시간을 말한다. 최근 이론과 관찰들은 우주의 나이가 138억년이며 여러 연구프로젝트들을 통하여 그 오차 범위가 좁혀졌다고 항공우주연구원(NASA)은 주장한다.[2]
천문우주에서 우주 나이의 계산 과정은 그렇게 복잡하지 않다. 먼저 허블도표(그림)를 작성하고 그 도표로 부터 은하들을 포함하는 직선을 긋고 허블상수를 정한다. 그리고 그 허블상수로 부터 우주의 나이를 계산 한다.
다시 설명하자면, 지구로 부터 은하의 거리(d)를 알고 멀어져 가고 있는 그 은하의 퇴행속도(v)를 알면 그림과 같은 허블도표(Hubble Plot)를 만들 수 있다. 그림에서 가로 축은 은하의 거리이고 세로 축은 은하의 퇴행 속도이다. 은하들이 멀어져가는 속도와 거리의 분포를 보여주는 이 도표에서 우리는 모든 은하를 포함하는 상한 직선과 하한 직선을 그어 볼 수 있다. 허블상수(H)는 그 직선의 평균 기울기가 된다. 일단 이렇게 허블상수가 결정되면 이를 역수로 취해서 우주의 나이를 계산한다.
예를 들어 만일 허블상수 값이 50Km/secMpc라면 이를 역수로 취한 우주의 나이는 1/50Mpcsec/Km인데 여기서 단위 pc는 3.26 광년 거리 (pc = 3x1013Km)이고 일년은 약 3x107sec이므로 우주의 나이는 2x1010년, 즉 200억년이 되는 계산이 된다.
허블이 처음 허블상수를 결정하였을 때 그 값은 500Km/secMpc 보다 더 큰 수치였다. 그런데 1960년에는 그 값을 50Km/secMpc로 낮게 정한 바 있고, 그 후 1990년 새로운 주장으로 80Km/secMpc로 정정되었지만 오랫동안 학자들 간에 이견은 계속 되어 오고 있다.
앞에서 보였듯이 우주의 팽창속도가 우주 나이를 결정하는데 관건이기 때문에 천문학자들은 지난 70년 동안 보다 정확한 허블상수를 구하는데 초점을 두었다. 1990년 NASA의 허블 우주 망원경 프로젝트의 핵심 임무가 바로 정확한 허블상수를 추정하는 일이었다. 허블우주 망원경을 우주로 보내기 전까지 우주의 팽창률 범위를 50~100Km/secMpc로 보았는데, 허블 프로그램을 통하여 허블상수를 72.5Km/secMpc로 정하게 되었다.
하버드대 커스너(Robert Kirshner) 박사는 “과거 두배 이상 부정확 했지만 이제는 10% 정도로 오차가 좁혀졌다. 또 같은 연구팀의 아리조나대 (University of Arizona, Tucson, AZ) 케니컷(Robert Kennicutt) 교수는 “이제 오차에 대한 반론은 종식되었다!”고 그 정확성에 대하여 단언하고 있다.[1]
다시 말하지만 우주의 나이는 은하들의 거리와 각각 그 은하들이 멀어져 가는 퇴행(팽창)속도를 사용하여 계산된다. 과거에 은하들의 퇴행속도가 빨랐다면 우주가 현재 크기가 되는데 짧은 시간이 걸렸을 것이며, 반대로 속도가 느렸다면 우주는 그 만큼 더 오랜 나이가 될 것이다. 더욱이 허블 도표에서 보여주는 직선의 그래프처럼 우주가 한 점으로부터 등속으로 팽창해왔다는 것을 전제하지 않는 한 허블 상수의 역수를 통해 구해진 우주 나이는 실제 우주 역사에 대한 어떤 의미도 가지지 못한다. 결국, 과학은 그 은하들이 한 점에서 출발하였는지 과거에도 역시 동일한 속도로 멀어져 왔는지 확인하지 못한다.
우주의 나이 계산에서 핵심은 허블상수인데 이는 우주가 빅뱅에 의해서 시작되었고 그 팽창의 증거로 적색편이(Redshift) 데이터를 사용한다. 그러나 빅뱅이론 자체가 여러 가설위에 세워졌으며 더욱이 발견된 과학적 데이터들은 이 이론을 거부한다. 따라서 오늘 날 많은 과학자들이 이 이론의 문제를 제기 하고 있다 (참고: An Open Letter to the Scientific Community, cosmologystatement. org, Published in New Scientist, May 22, 2004), (관련된 내용은 Creation Truth 11-2008 빅뱅은 과학적인가? Creation Truth 01-2010 적색편이는 성경을 부인하는가?를 참조). 결론적으로, 우주의 나이는 검증이 불가능한 가설들에 의해서 ‘결정’된 것이지 성경의 역사를 부인하는 확실한 증거가 아닌 것이다.
참고문헌
[1] NASA Science News, Hubble Measures the Expanding Universe, NASA HQ press release, May 25, 1999(http://science.nasa.gov/newhome/
headlines/ast25may99_1.htm).
[2] Suyu et al., Precision Measurements of the Hubble Constant, Spatial Curvature, and the Dark Energy Equation of State. The Astrophysical Journal; 711(1): 201DOI: 10.1088/0004-637X/711/1/201, 2010.
