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인류 최초의 블랙홀 관측이 주는 신앙적 의미

기독일보

입력 Apr 18, 2019 06:43 AM PDT

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[조덕영 칼럼] 우주는 우연의 산물인가?

최근 천문학계에 눈에 띄는 두 가지 중요한 언론 보도가 있었다. 하나는 화성에서의 잇단 메탄 발견 소식이고 또 하나는 바로 인류 최초 블랙홀 관측 소식이다. 

화성에서의 메탄 포착

화성에서 메탄을 발견했다는 발표는 여러 차례 있었다. 그런데 지난 4월 1일 국제 학술지 '네이처 지오사이언스'에는 유럽우주국(ESA)의 화성 탐사선 '마스 익스프레스'가 화성 게일 분화구 상공에서 메탄을 포착했다는 논문이 실렸다. 논문은 2013년 6월 16일 유럽우주국이 띄운 화성 궤도 무인 탐사선 마스 익스프레스가 화성 게일 분화구 상공에서 메탄 15.5ppb(parts per billion)를 확인했다는 내용이다. 미 항공우주국의 '큐리오시티'가 메탄 5.78ppb를 확인한 다음 날이다.

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2013년 미 항공우주국(NASA)의 화성 탐사 로봇 '큐리오시티'(Curiosity)가 화성 게일 분화구에서 메탄을 찾은 바로 다음 날 '마스 익스프레스'도 동일한 장소에 대해 메탄을 확인한 셈이다. 하루 간격으로 동일한 위치에서 동일한 메탄 흔적을 확인한 건 처음이다. 화성에서의 메탄 존재에 대한 신뢰도를 높인 연구 결과라 과학자들이 주목하는 것이다.

큐리오시티는 지상에서, 마스 익스프레스는 화성 궤도에서 메탄을 확인했다는 차이는 있지만 화성에 메탄이 있다는 건 이제 분명해졌다. 흥미로운 것은 3년 동안의 관측 결과 화성 대기 메탄 농도가 계절에 따라 주기적으로 변했다는 점이다. 상대적으로 따뜻한 여름철에는 메탄 농도가 올라가고, 추워지면 낮아졌다. 유럽우주국 연구팀은 여름철에는 얼음 속에 갇혀 있던 메탄이 대기 중으로 나오면서 농도가 높아지고, 겨울이 되면 다시 얼음 속에 갇히면서 농도가 낮아질 수 있다고 했다.

화성
▲화성을 탐사하고 있는 로봇 ⓒpixabay.com

메탄은 무엇인가

메탄(methane, CH4)은 공기보다 가벼운 탄화수소로 가장 간단한 유기 화합물로, 천연 가스의 주성분이다. 무색, 무취인 가연성 기체로, 끓는점이 영하 164℃로 매우 낮으므로 액화가 매우 어렵다. 메탄의 구조는 정사면체의 중심에 탄소가 있고 정사면체의 꼭짓점에 수소가 있는 모양이다. 

대칭 구조이므로 무극성을 띠고, 물에 용해되기도 어렵다. 물과 달리 메탄 분자를 구성하는 탄소 원자와 수소 원자의 결합이 안정한 이 무극성 구조는 분자 간의 상호 작용이 거의 없게 만든다. 메탄은 도시 가스의 주성분이기도 하다. 메탄이 산소를 만나면 이산화탄소와 물이 생긴다. 메탄은 수소를 잃고 산화가 되고 산소는 수소를 얻어 물이 되어 환원된다.

메탄 발견에 과학자들이 주목하는 이유는?

그런데 왜 그렇게 메탄을 주목하는 것일까? 첫째 화학진화 이론에서 태초의 대기는 대부분 수소와 수소화합물인 메탄 그리고 암모니아와 물로 이루어진 환원성 대기였다고 보기 때문인데 이 메탄은 사실 화성부터 명왕성에 이르는 지구 밖 행성들에게서 발견되고 있는 물질이다. 

두 번째는 이 유기화합물 메탄이 지구에서는 주로 생명체의 대사과정에서 나오기 때문이다. 미생물의 대사 과정뿐 아니라 동물의 배설물이나 식물의 부패 과정에서도 생성된다. 사람들이 우수개소리로 누군가 방구를 뀌면 "메탄가스 뿌리지 마라"고 하는 것도 바로 그런 생화학 대사물을 표현한 것이다. 

지구 메탄은 대부분 생명 활동 대사로 생기는데 대기 중 메탄 농도는 1859ppb 수준으로 화성보다 높다. 소 한 마리가 뿜는 메탄가스가 하루 200L에 달한다. 소를 많이 키우는 호주는 가축이 내뿜는 메탄이 한 해 300만t에 달하기도 한다.

화성은 대기층이 얇아 기체가 쉽게 사라져버린다. 즉 화성의 메탄이 화산 활동 등으로 일시적으로 형성됐다면 4계절 내내 관측되기는 어려울 것이다. 메탄이 계속 관측되려면 꾸준한 공급원이 있어야 하는데, 3년 동안의 관측 결과 화성 대기 메탄 농도가 계절에 따라 주기적으로 변했다는 건 혹시 생명체가 있다는 직간접 증거가 아닐까, 관련 학자들에게 일말의 희망을 품게 만들었다고 할 수 있다. 물론 메탄이 관측된다는 것이 생명체가 존재한다는 확실한 증거는 아님을 기억해야 한다.

화성 메탄 발견이 주는 신앙적 의미

사실 생명에게 메탄보다 더 필요한 것은 물과 산소와 지구의 항상성을 지켜주는 일정한 대기이다. 하지만 과학자들은 1953년 시카고 대 대학원생이었던 스탠리 밀러와 노벨 화학상 수상자 헤롤드 유레이 교수가 진행했던 일명 밀러-유레이 실험 이후 과거 지구가 산소보다 수소가 훨씬 많은 환원성 대기였다는 편견과 가정 속에 묶여있다고 보아도 과장이 아니다. 

밀러는 수소와 메탄과 암모니아, 수증기가 혼합된 상태에서 전기 스파크를 일으켜 일부 아미노산을 생성(알라닌, 글라이신, 아스파르트 산 등)하였다. 아미노산은 단백질의 기초 단위이므로 지구 밖 행성이나 위성들에서도 이 같은 태초의 지구 바다 생태계를 기대하는 것이라 볼 수 있다. 

하지만 사람들은 그 실험이 태초의 바다가 아니요 당대 최고의 화학자들이 태초의 바다를 가정하여 심혈을 기울여 조직한 인간의 지혜와 지식이 개입한 실험이라는 것은 잘 기억하지 못한다. 자연은 질서보다는 파괴(무질서)를 좋아하기에 그런 결과를 유도해내기 위해 최고 화학자들의 고도의 조작이 필요했던 것이다. 

1953년 이후 아미노산에서 자연적으로나 실험실에서 단백질을 생성했다는 관찰은 전혀 없다. 단백질보다 더더욱 고도의 조작이 필요한(최고 과학자들도 창조하지 못하는) "단백질 설계도"에 해당하는 DNA 그리고 그 유전자를 담는 생명 세포는 또 어떻게 진화될 수 있었을까? 

메탄뿐 아니라 물조차 수성, 달, 화성, 토성과 목성의 위성들에서 확인이 되고 있다. 지구 말고는 물은 있을 수 없다는 과도한 맹신이나 화성의 메탄은 가짜라는 그런 황당한 집착은 그리스도인들도 이제는 버려야 할 때가 되었다. 오히려 당대 최고의 화학자들이 천신만고 끝에 아미노산 일부를 생성해낸 것처럼 천문학적 숫자의 생명체들이 완벽하게 살아 어울리는 완벽한 수행성 지구도 우연이 아닌 창조주 하나님의 완벽하게 섭리 속에 있다는 것을 인정하는 것은 너무도 자연스러운 믿음이 아닐까? 

인간의 겨우 최고 과학자가 아미노산을 실험실에서 찾아낸 반면 창조주 하나님은 얼마나 완벽한 생명의 고향 지구를 유지, 보존하시는가!

인류 최초 블랙홀 관측

상상 속에서만 그려 보았던 완벽한 블랙홀의 모습이 드디어 인류에게 그 형태를 드러내었다. 전 세계 연구 기관 20여 곳이 참여한 국제 공동 프로젝트 '사상(事象) 지평면 망원경(EHT·Event Horizon Telescope)'은 지난 4월 10일 국제 학술지 '천체물리학 저널 레터스'에 "2017년 4월 남극, 안데스산맥 등 전 세계 8곳에 있는 전파망원경이 처녀자리 은하단의 한가운데에 있는 M87 블랙홀을 동시에 관측해 그 모습을 처음으로 확인했다"고 밝혔다. M87 블랙홀은 지구에서 5,500만 광년(1광년은 빛이 1년 가는 거리로 약 9조4600억㎞) 떨어져 있으며 질량은 태양의 65억 배에 이른다. 

사진 가운데 검은 구멍의 블랙홀이 보이고 강력한 중력에 의해 휘어진 빛이 만든 '블랙홀의 그림자'는 지름이 약 400억㎞로, 실제 블랙홀 지름은 160억㎞에 달했다. 블랙홀 주변의 밝은 빛은 블랙홀로 빨려 들어가며 회전하는 물질에서 나왔다. 아래쪽이 지구로 향하고 있기에 더 밝게 관측되었다. 

블랙홀
▲인류 최초로 관찰된 M87 블랙홀의 모습 ⓒEvent Horizon Telescope

블랙홀이란 무엇인가

빛조차 탈출할 수 없다는 강력한 중력을 가진 블랙홀(black hole)의 존재는 18세기(1783) 영국 과학자 존 미첼(1724-1793)이 뉴턴 역학을 기반으로 충분히 질량이 큰 별의 경우 탈출 속도가 광속보다 더 커서 빛마저도 탈출할 수 없을 것이라고 추측하였고, 프랑스 물리학자이자 수학자인 라플라스(1744-1825)도 비슷한 제안을 하였다. 이후 1915년 아인슈타인(1879-1955)이 일반 상대성 이론을 통해 예측한 이론이다. 

아인슈타인의 천재성을 확인한 블랙홀 관측

아인슈타인의 특수상대성이론과 달리 중력의 상대론적 이론으로 완전히 검증된 이론은 아니었고 팽창우주론이나 블랙홀 등의 해명에 사용하던 측면이 있는 이론이었다. 그런데 이번에 이 천재 물리학자 아인슈타인의 이론이 옳다는 것이 블랙홀 관측으로 확인된 셈이다. 

일반상대성 이론에 따르면 별 옆을 통과하는 광선은 마치 렌즈 속을 통과하는 경우와 같이 중력에 의하여 진로가 굽어진다. 특이점이 가까워지면 이러한 중력렌즈 효과는 더 증폭되어 <사상의 지평면>이라는 구면(球面)이 특이점 주위에 나타난다. 지평면 안쪽에서 복사된 모든 빛이나 이방의 궤도는 특이점을 향해 굽어진다. 즉 이 지평면은 일방통행 면이기에 빛이나 입자가 지평면을 가로질러서 바깥쪽으로 빠져 나올 수가 없다. 지평면으로 둘러싸인 이 공간을 바로 블랙홀이라고 예측해왔던 것이다. 

그리고 늘 상상 속 그림을 우리는 책자나 영화 등 영상으로 보아왔다. 그런데 이번에 우리 인류는 직접 그 블랙홀을 확인하였고 공개된 영상을 통해 블랙홀에 대한 아인슈타인의 생각이 옳았음을 입증했다. 사실 아인슈타인의 일반상대성이론은 1919년 개기일식 때 태양 주위를 지나는 빛이 휘는 것을 관측해 이미 처음으로 실험적으로 입증된 바가 있다. 꼭 100년 만에 블랙홀이 관측됨으로써 아인슈타인의 천재성이 다시 재확인된 셈이다. 

지난해 세상을 떠난 영국의 천체물리학자 스티븐 호킹은 블랙홀이 별들의 최후일 뿐 아니라 우주가 탄생한 시작점이기도 하다는 이론을 폈다. 블랙홀을 이해하면 우주의 시작과 끝을 모두 파악할 수 있다는 이야기다.

EHT 연구진은 이번 관측을 위해 전 세계 20개 연구 기관과 8곳의 전파천문대를 총동원했다. 과학자들은 블랙홀에서 나온 전파가 지구까지 도달하려면 파장이 1.3㎜ 정도여야 한다고 계산했는데 이 파장대의 전파를 포착하려면 전파망원경 지름이 지구 크기만 해야 한다. EHT는 전 세계에 흩어진 이들 전파망원경을 동시에 가동해 지구만 한 망원경과 같은 효과를 냈다. "정밀도는 파리의 카페에 앉아 뉴욕의 신문 글자를 읽을 수 있는 정도"라고 연구진은 설명했다. 

EHT 프로젝트 총괄 단장인 셰퍼드 도엘레만 박사(하버드 스미스소니언 천체물리연구센터)는 "세계 최고 성능의 전파망원경들을 서로 연결해 한 세기 전만 해도 불가능하리라 여겼던 일을 이뤄냈다"고 밝혔다. 이번 연구에는 천문연구원, 서울대 등 국내 연구기관의 과학자 8명도 참여했다. 천문연구원 손봉원 박사는 "이번 결과는 아인슈타인의 상대성이론에 대한 궁극적 증명이며, 블랙홀을 실제 관측해 연구하는 시대가 도래했음을 의미한다"고 했다. 

인류 최초 블랙홀 관측과 화성 메탄 발견이 주는 신앙적 의미는

성경은 과학 서적이 아니다. 하지만 계시로서의 성경은 변하지 않는다. 따라서 성경이 어떻게 말하는가를 바르게 아는 성경 해석이 중요하다. 성경은 모든 역사, 모든 인류, 모든 남녀노소, 빈부귀천, 지식의 고하를 막론하고 인류에게 주신 책이다. 칼빈은 이 같은 성경 해석의 특성을 <적응의 해석 방식>으로 설명한다. 칼빈은 창조주 하나님께서 자신의 눈높이를 고등의 천체물리학이 아니라 보통학교에 맞추어 개설하셨다고 설명한다. 

따라서 성경은 블랙홀이든 메탄 가스든 외계 행성에 무엇이 있든 아니면 외계에 다른 생명체가 있는지 등에 대해 어떠한 구체적 정보도 주지 않는다. 즉 외계 행성에 혹시 생명이 있는지 없는지가 중요한 것이 아니라 있든 없든 성경의 권위에는 아무런 문제가 없다는 점이다. 

많은 성경해석 가운데 문자적 해석을 선호하는 창조과학자들은 대부분 절대 없다는 입장이고 거의 모든 천문학자들(알려진 중요 학자로는 쇼스탁, 드레이크, 칼 세이건 등이 있고 우리나라의 크리스천 천문학자로는 이영욱, 우종학 교수 등이 있다)은 당연히 외계 생명체가 있더라도 과학적으로 아무런 문제가 없다는 입장이다.

 ▲조덕영 박사(창조신학연구소 소장)
 ▲조덕영 박사(창조신학연구소 소장)

필자가 말할 수 있는 것은 이것이 전부다. 즉 역사 속에서 우주에 대한 생각은 늘 변해왔고 이제는 블랙홀이 정말 존재하는 게 맞고 지구 밖에도 물이 다양한 형태로 존재하고 메탄 가스도 존재하며 지구를 닮은 지구형 행성들도 우주에는 참 많구나 하는 지점까지 와 있다. 여기에 또한 어떤 새로운 과학적 사실들이 등장할지 아무도 모르나 분명 그런 시기가 올 것은 분명하다. 그게 바로 과학의 본성이니까.

아인슈타인은 "신은 주사위 놀이를 하지 않는다"라는 의미심장한 말을 남겼다. 유대인 아인슈타인이 보기에도 우주가 우연의 산물처럼 보이지는 않았다는 얘기다. 사실 아인슈타인에 따르면 모든 물질의 실상은 에너지이기에 블랙홀도 설명이 가능한 것이다. 즉 이 세상 모든 것(모든 인간, 생명, 심지어 은하계의 별들 까지)은 에너지가 응축된 형태라 그 에너지가 볼 수 있고 만질 수 있는 형태로 나타난 것이 세상이요 우주라 할 수 있다. 

즉 우주의 보이는 본질은 하나인데 바로 에너지요 이 에너지가 입자와 파동성을 가진 물질이 되고 에너지 속에 무언가 알 수 없는 정보가 있기에 우리 인류가 그 정보를 캐낼 수 있다는 의미다. 도대체 이 놀라운 우주의 작동 원리를 우리 인류는 어떻게 그 일부라도 알아낸 것일까? 우리 인간도 바로 그 에너지요 정보 덩어리이면서! 

성경은 분명 말하고 있다. 이 보이는 것은 나타난 것으로 말미암아 된 것이 아니다(히 11:3)라고.

하나님을 알만한 것은 이방(과학과 세상) 속에도 널려있다(롬 1:19). 그리고 그것이 바로 아인슈타인조차 찾을 수 없었던 과학(causa instrumentales)이 지닌 한계이기도 하다. 인간은 최고과학자라 해도 겨우 핑계치 못할 창조의 증거 그 이상에 접근할 수는 없다(롬 1:19-23, 히 11:3 참조). 그리스도인이 된다는 것(믿음과 구원)은 단순한 지식이 아니고 다른 차원의 문제임을 블랙홀과 화성에서의 메탄 발견은 우리들에게 알려준다. 즉 참 된 자유함이란 학문적 완성도나 과학에 대한 지식이나 확신으로 얻어지는 게 아니다. 창조와 타락과 구속과 영원한 하나님의 나라로 이어지는 기독교의 세계관은 우리 그리스도인들을 내재의 학문 영역(과학)을 뛰어넘는 초월과 내재가 포괄된 영역이 있음을 깨닫게 만든다. 그리고 그 중심에 그리스도가 있음을 알고 믿을 때 성경이 말하는 참 된 자유함을 가질 수 있는 것이다.

조덕영 박사(창조신학연구소 소장, 조직신학) 

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