현대 우주론의 고전, 과학적 통찰과 지적 감동의 결정체

『처음 3분간』은 단순한 과학 교양서를 넘어, 현대 과학사에서 중요한 위치를 차지하는 지적 성취물이다. 와인버그는 이론물리학자로서의 전문성과 대중적 서술 능력을 결합해, 우주의 탄생과 초기 진화를 마치 현장에서 지켜보는 듯 생생하게 전달한다. 그의 설명은 치밀하면서도 우아해, 독자는 과학적 사실을 이해하는 동시에 우주를 바라보는 새로운 사유의 지평을 얻게 된다.

출간 이후 수십 년이 지났지만, 이 책은 여전히 우주론 입문서이자 고전으로서 빛을 잃지 않는다. 수많은 과학도서가 쏟아져 나오는 지금도 『처음 3분간』이 특별한 이유는, 단순히 지식을 전달하는 데 그치지 않고 독자에게 ‘과학적으로 세계를 사유하는 법’을 가르쳐주기 때문이다. 객관적이고 냉철하면서도 인간적인 통찰을 담은 이 책은, 과학을 사랑하는 독자라면 반드시 읽어야 할 불멸의 고전이다.

책 속에서

덩어리들은 궁극적으로는 응축해서 현재의 우주 은하와 별들을 이루게 되었다. 그러나 별들이 그들의 생애를 시작한 재료들은 바로 처음 3분 동안에 마련된 것들이었다. 위에 묘사된 표준 모델이 우주의 기원에 대해서 상상할 수 있는 가장 만족스러운 이론은 아니다. 꼭 ‘신 에다’에서처럼 시초, 바로 처음 100분의 1초가량에 관해서는 설명하기 난처한 애매함이 있다. 또 초기 조건들을 확정해야 하는 달갑지 않은 필요성이 있는데, 특히 초기의 10억대 1이라는 광자의 핵입자에 대한 비율이 그것이다. 이 이론에 더 큰 논리적 일관성의 감촉이 있다면 더 좋을 것이다.
철학적으로 훨씬 더 매력적으로 보이는 하나의 대안으로 예를 들어 소위 정상상태 모델(Steady-state model)이 있다. 1940년대에 본디, 골드, 그리고(약간 다른 형식으로) 호일이 제안한 이론에서는 우주가 항상 지금 있는 그대로와 똑같았다고 한다. 우주가 팽창함에 따라 새로운 물질이 계속 창조되어 은하들 사이의 간격을 채운다는 것이다.(p.20)

전형적인 은하 간의 간격이 시간의 함수로 두 가지 가능한 우주 모델에 대해 보여주고 있다. ‘열린 우주’의 경우에 우주는 무한하고, 그 밀도는 임계 밀도보다 작으며, 팽창은 느려지면서도 영원히 계속할 것이다. ‘닫힌 우주’의 경우, 우주는 유한하고, 그 밀도는 임계 밀도보다 크며, 결국 팽창은 끝나고 수축이 뒤따를 것이다. 이 곡선들은 우주 상수가 없는 아인슈타인의 장방정식을 사용해서 물질지배적인 우주에 대해 계산된 것이다.(p.61)

서펜지어스와 윌슨이 관측한 전파 잡음은 3.5K의 등가온도를 갖는다고 표현된다. 이 온도는 기대한 것보다 훨씬 높지만 절대적으로 보아서는 아주 낮은 온도였다. 그래서 펜지어스와 윌슨은 이것을 발표하기 전, 얼마 동안 그들의 결과에 대해 골머리를 앓았던 것은 그리 놀라운 일이 아니다. 이것이 적색편이의 발견이래 가장 중요한 우주론의 진보라는 사실이 금방 명백해진 것은 아니었다. 이 신비스런 초단파 잡음의 의미는 금방 천체물리학자들의 ‘눈에 안 보이는 대학’의 작업을 통해서 해명되기 시작했다.(p76)

중수소핵들이 생성되자마자 분쇄되어 더 무거운 핵들이 생산될 여지가 없다. 중성자는 아직도 전보다 훨씬 느리기는 하지만 양성자로 변환되고 있다. 핵입자의 구성비는 이제 중성자 17%, 양성자 83%이다. 다섯 번째 화면. 우주의 온도는 이제 10억 켈빈으로서 태양 중심에서보다 단지 약 70배 더 뜨거울 뿐이다. 첫 번째 화면 이후 3분 2초가 경과했다. (p.148~149)

우주는 계속해서 팽창하고 냉각할 것이다. 그러나 다음 70만 년 동안에 아주 흥미로운 일은 일어나지 않는다. 그때에는 온도가 더 떨어져 전자들과 핵이 안정한 원자를 형성할 수 있는데, 자유 전자의 결핍은 우주의 내용물로 하여금 복사에 투명하도록 만들 것이다. 그래서 물질과 복사 간의 탈락 때문에 물질은 은하와 별들을 형성하기 시작할 것이다. 또 한 번 100억 년쯤 지난 뒤, 생물체들이 이 과정을 재구성하기 시작할 것이다.(p.151~152)