3-1. 팽창하는 우주 — 허블의 발견

"멀리 있는 은하일수록 더 빠르게 우리에게서 멀어지고 있다."

이 한 문장이 인류의 우주관을 완전히 뒤집어 놓았다.

밤하늘에 던지는 질문 — 우주는 영원히 그 자리에 있는가?

어린 시절 밤하늘을 올려다본 적이 있는가? 수천 개의 별이 고요하게 박혀 있는 그 하늘은, 마치 태초부터 지금까지 — 그리고 영원히 — 변하지 않을 것처럼 보인다.

실제로 수천 년 동안 인류는 그렇게 믿었다. 우주는 영원하고, 변하지 않으며, 항상 같은 크기로 존재한다. 이 생각은 너무나 "당연해" 보였기 때문에, 아인슈타인조차 이 믿음에서 벗어나지 못했다. 아인슈타인이 1915년 일반상대론의 방정식을 완성했을 때, 그 방정식은 놀라운 사실을 말하고 있었다: 우주는 가만히 있을 수 없다. 팽창하거나 수축해야 한다. 하지만 아인슈타인은 이 결과를 믿지 않았다. "우주는 정적이어야 한다"는 자신의 직관을 지키기 위해, 방정식에 억지로 항을 하나 추가했다 — 이른바 우주상수(cosmological constant)를 도입하여 우주를 정지시키려 한 것이다.

그로부터 약 14년 후, 미국의 한 천문학자가 망원경으로 밤하늘을 관측하며 놀라운 사실을 발견했다. 우주는 정말로 팽창하고 있었다. 아인슈타인의 방정식이 처음부터 옳았던 것이다. 아인슈타인은 훗날 우주상수의 도입을 "내 인생 최대의 실수"라고 불렀다.

그 천문학자의 이름은 에드윈 허블(Edwin Hubble)이다.

이 절의 핵심 질문: 허블은 어떻게 우주가 팽창하고 있다는 것을 알아냈을까? 그리고 "우주가 팽창한다"는 말은 정확히 무엇을 의미하는 걸까?