제임스 웹의 '초기 은하'는
왜 위기가 아닌가
빅뱅 우주론이 스스로 만든 함정에 빠진 것이다. 출발점을 바꾸면 문제 자체가 사라진다.
제임스 웹 우주망원경이 이상한 것을 발견했다고 한다. 빅뱅 후 불과 2~3억 년 시점에 이미 수천억 개의 별을 품은 성숙한 은하들이 존재한다는 것이다. 과학자들은 이것을 "있어서는 안 될 천체"라 부르며 우주론의 위기를 선언했다.
그런데 나는 이 발표를 들으면서 한 가지 의문이 들었다. 왜 위기인가?
'있어서는 안 된다'는 판단은 어디서 나온 것인가. 그것은 빅뱅 우주론, 더 정확히는 ΛCDM 모델이 그어놓은 선이다. 무(無)에서 시작해서, 수소와 헬륨이 중력에 의해 수억 년에 걸쳐 서서히 뭉쳐야만 은하가 생긴다는 틀. 그 틀 안에서만 저 은하들이 위기다.
빅뱅 우주론의 전제를 한번 들여다보자. 모든 것은 약 138억 년 전 하나의 특이점에서 시작됐다. 그 이전은 없다. 묻지 말라. 물질도 없고, 공간도 없고, 시간도 없던 곳에서 갑자기 모든 것이 폭발했다.
그런데 여기서 질문 하나. 극한의 밀도를 가진 특이점 근방에서는 일반상대성이론에 의해 시간 지연이 어마어마하게 발생한다. 외부 관찰자 기준으로 시간이 거의 멈춰버릴 만큼. 그렇다면 빅뱅의 초기, 극단적 밀도 상태에서 외부에서 본 '시간'은 사실상 얼어붙어 있어야 하지 않을까.
이런 근본적인 모순은 그냥 넘어간다. "t = 0에서 시작"이라고 선언하고, 그 이전과 그 순간의 물리는 묻지 않는다. 그 위에 쌓아올린 타임라인으로 "저 은하는 너무 이르다"고 판정을 내린다. 기초가 흔들리는데 그 위에서 자를 대고 있는 셈이다.
"있어서는 안 될 은하"가 아니다. '있어서는 안 된다'고 규정한 모델이 처음부터 맞지 않았던 것이다.
나는 빅바운스(Big Bounce)를 지지한다. 우주는 무에서 시작하지 않았다. 이전 사이클의 우주가 수축하여 최대 압축점에 도달하고, 공간유체의 탄성 복원력이 그것을 다시 밀어내면서 팽창이 시작된다. 특이점은 없다. 단절도 없다.
이 관점에서 보면 제임스 웹의 발견은 위기가 아니다. 빅바운스 직후에는 이전 사이클에서 넘어온 구조적 씨앗이 이미 존재한다. 거기에 극한의 압축이 만들어낸 난류 에너지 폭포가 더해진다. 가장 단순한 소용돌이(수소)가 가장 많이 생겨나고, 같은 맥동 안에 있는 수소 기포들 사이에는 비외르크네스 결집력이 작용한다. 이것들이 합쳐지면 은하 형성은 매우 빠르다. 수억 년이면 충분하고도 남는다.
과학계의 반응을 보면 흥미롭다. 주류가 내놓은 해결책들이 있다. 초기 암흑에너지(EDE), 우주 저밀도 구멍(KBC 보이드), 변하는 암흑에너지. 공통점이 있다. 모두 기존 틀은 그대로 두고 그 위에 새 미지수를 하나씩 더 얹는다.
이것은 과학이 아니라 패치워크다. 무언가 맞지 않을 때, 그 전제를 의심하는 것이 아니라 예외 처리 코드를 한 줄씩 추가하는 것. 쿤(Thomas Kuhn)이 말한 위기 직전의 패러다임이 정확히 이런 모습이다.
제임스 웹이 발견한 것들은 ΛCDM의 위기가 아니다. 더 정확히 말하면, ΛCDM만의 위기다. 우주가 무에서 시작했다는 가정을 버리는 순간, "너무 이른 은하"라는 문제 자체가 사라진다.
나는 굳이 저 '초기 은하'를 따질 필요가 없다고 생각한다. 빅바운스 모형에서 그것은 문제가 아니기 때문이다. 위기라고 불리는 것이 사실은 잘못된 전제에서 비롯된 잘못된 질문이었을 뿐이다.
"우주가 어디서 시작됐느냐"보다
더 근본적인 질문이 있다.
우주는 애초에 시작이 있었는가.
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