정용환 기자
우주는 140억 년 전 빅뱅 이후 탄생하고 계속 팽창하고 있지만 이런 우주가 어떻게 끝을 맺게 될지에 대해선 아직 알려지지 않았고 다양한 설이 주창되고 있다. 우주 멸망에 대해 제창된 가설에는 어떤 게 있을까.
우주는 주로 은하, 가스, 암흑물질로 이뤄져 있다. 이들은 중력, 전자력, 약한 힘, 강한 힘이라는 상호 작용으로 구성되어 있어 서로 끌어당기고 있다. 이 중력이 우주 팽창에 제동을 걸고 있는 상태라고 할 수 있다.
이에 대해 우주를 가속 팽창시키는 에너지로 암흑물질 존재가 생각되고 있다. 말하자면 반중력이라고도 할 수 있는 암흑물질 정체는 아직 불명이지만 우주 공간 안에 가짜 진공이라고 불리는 에너지 상태가 있어 이 가짜 진공이 가진 진공 에너지가 암흑물질이 아니냐는 설이 있다.
암흑물질은 계산상 존재하는 에너지지만 이 어두운 에너지와 상호작용에 의해 우주 죽음은 크게 나눠 3가지 패턴으로 나눌 수 있다. 첫 번째는 열적 죽음(The heat death of the universe)이다. 열역학 2번째 법칙은 엔트로피 증가를 보여준다. 이는 열과 에너지 편향은 항상 균일화하는 방향으로 유동하고 반대로 편향이 발생하는 상태가 되지 않는다는 걸 의미한다.
컵 모퉁이에 설탕을 넣고 차를 부으면 점점 설탕이 녹으면서 컵 전체에 퍼져 나가도록 우주 전체 물질과 에너지도 점점 얇아진다. 우주는 지수 함수 속도로 팽창을 계속한다. 모든 별과 은하는 고립되어 가며 수천억 년에 걸쳐 조용히 별이 죽어간다.
백색왜성과 중성자성도 천천히 식어가 우주에서 빛이 사라진다. 그대로 모든 별과 행성이 천천히 분해되어 엉망이 되어 결국 아무 것도 남지 않고 업어져 버린다. 다만 우주 전체 에너지는 유한한다, 우주 전체가 영원히 팽창한다는 생각이 전제가 되어 있어 반드시 열적 죽음을 맞이할지 여부는 확실하지 않다.
2번째 설은 빅립(Big Rip)이다. 암흑물질이 모든 상호 작용보다 더 강해지면 암흑물질이 있고 모든 공간에 가짜 진공을 만들기 시작하고 갑자기 모든 구조가 흩어져 버린다는 것이다. 우주 전체가 팽창하는 속도가 가속되는 만큼 시공 자체가 찢겨져 우주가 죽어 버린다는 꽤나 충격적인 결말이다.
3번째는 빅크런치(Big Crunch). 이는 반대로 중력이 암흑물질을 이기고 우주 전체 팽창이 수축으로 돌아간다는 것. 우주에 있는 모든 물질과 시공은 수축해간다. 우주는 빅뱅을 일으킨 직후와 마찬가지로 큰 불덩어리가 되고 특이점 하나로 수렴해간다. 특이점에 수렴한 우주는 완전히 소실되는지 혹은 다시 팽창해 새로운 우주가 탄생하는 운명이 될 수 있다. 우주가 만일 빅크런치에 이른다고 해도 어느 쪽이 될지는 아무도 모른다.
이석원 기자
이원영 기자
