저도 처음 이 사실을 알았을 때 충격이었습니다. 천재의 상징인 아인슈타인이 자신의 방정식에 '우주 상수'라는 값을 억지로 집어넣었다가, 나중에 "내 인생 최대의 실수"라고 인정했다는 이야기 말입니다. 우주는 정지해 있는가, 아니면 움직이는가. 이 단순해 보이는 질문을 둘러싸고 20세기 초 과학계는 격렬한 논쟁에 휩싸였습니다. 그 중심에는 법학도 출신의 천문학자 에드윈 허블이 있었고, 그의 발견은 인류가 우주를 바라보는 시선을 완전히 바꿔놓았습니다.
1. 변호사에서 별빛의 광부로, 허블의 선택
에드윈 허블은 원래 천문학자가 될 사람이 아니었습니다. 옥스퍼드에서 법학을 전공하고 변호사로 활동했던 그가 밤하늘을 선택한 데는 어린 시절의 기억이 결정적이었습니다. 여덟 살 생일 밤, 할아버지가 보여준 망원경 속 별빛을 평생 잊지 못했던 것이죠. 동료들은 그를 "로마 조각 같은 얼굴과 옥스퍼드의 두뇌를 지닌 인물"이라고 평가했습니다.
다른 천문학자들이 등산화와 점퍼 차림으로 천문대를 오르내릴 때, 허블은 언제나 정장에 넥타이, 손에는 파이프를 들고 있었습니다. 해발 1700m 윌슨 산 천문대의 겨울밤은 난로를 피워도 손끝이 얼어붙을 만큼 혹독했지만, 그는 천문대 돔을 벗어나기 전에는 결코 만족하지 않았습니다. 조수들은 그를 "별을 캐는 광부"라고 불렀습니다.
1923년 어느 밤, 허블은 안드로메다 성운을 관측하다 이상한 점을 발견했습니다. 신성(노바)이라고 표시해둔 별빛의 흔적이 계속해서 밝아지고 있었던 겁니다. 보통 신성은 밝은 빛을 낸 후 서서히 희미해지는 법인데 말이죠. 허블은 흥분해서 메모를 고쳤습니다. "VAR!" 느낌표까지 찍으며 강조한 이 발견은 변광성이었습니다.
2. 하늘의 자를 만든 여성, 헨리에타 리빗
솔직히 이 부분은 제게도 예상 밖이었습니다. 허블의 위대한 발견 뒤에 청각 장애를 안고 있던 한 여성 과학자가 있었다는 사실 말입니다. 헨리에타 리빗은 하버드 천문대에서 일했지만, 여자라는 이유로 망원경 사용이 허락되지 않았습니다. 사람들은 그녀를 "컴퓨터", 즉 살아있는 계산기라고 불렀습니다.
리빗은 좁은 방에서 유리 건판을 들여다보며 별의 좌표를 손으로 하나하나 옮기는 일을 했습니다. 그녀가 받은 시급은 30센트, 남성 천문학자 월급의 10분의 1도 못 미치는 금액이었죠. 그럼에도 그녀는 수천 장의 건판, 수십만 개의 별빛 속에서 규칙을 찾아냈습니다.
리빗이 발견한 것은 세페이드 변광성의 비밀이었습니다. 별이 얼마나 자주 깜빡이는지를 알면 그 별의 실제 밝기를 계산할 수 있고, 그 밝기를 알면 별까지의 거리도 정확히 구할 수 있다는 법칙이었습니다. 이것이 바로 '하늘의 자'였고, 허블은 이 법칙을 이용해 안드로메다까지의 거리를 측정했습니다. 당시 학계는 우리 은하의 지름을 약 30만 광년으로 추정했는데, 허블이 계산한 안드로메다의 거리는 약 50만 광년이었습니다. 우리 은하 밖에 또 다른 은하가 존재한다는 결정적 증거였던 겁니다.
3. 아인슈타인의 무릎을 꿇린 한 장의 그래프
제 경험상 과학사에서 이만큼 극적인 순간도 드뭅니다. 아인슈타인은 1917년 일반 상대성 이론을 바탕으로 우주 방정식을 완성했습니다. 그런데 문제가 생겼습니다. 그의 수식 속 우주는 팽창하거나 수축해야 했던 겁니다. 당시 상식은 우주가 영원불변하다는 것이었으니, 아인슈타인은 방정식에 '우주 상수(람다)'를 넣어 중력을 상쇄시키는 척력을 만들어냈습니다. 그래야 우주가 정지 상태를 유지할 수 있다고 생각했죠.
1927년, 벨기에의 신부이자 물리학자였던 조르주 르메트르는 아인슈타인을 찾아가 "우주는 팽창하고 있다"라고 말했습니다. 하지만 아인슈타인의 반응은 냉담했습니다. "당신의 수학 실력은 훌륭하지만, 물리학은 끔찍하군요." 르메트르에게 이 말은 씻을 수 없는 상처로 남았습니다.
그러나 1929년, 허블이 발표한 논문 한 편이 모든 것을 뒤바꿨습니다. 허블은 분광기로 은하들의 빛을 분석했고, 우리 근처 몇몇을 제외한 거의 모든 은하가 적색 편의를 보인다는 사실을 발견했습니다. 빛의 파장이 붉은 쪽으로 치우쳐 있다는 것은 그 은하가 우리로부터 멀어지고 있다는 뜻이었습니다. 더 놀라운 점은 멀리 있는 은하일수록 더 빠르게 멀어지고 있다는 사실이었죠.
허블은 이 관측 결과를 하나의 그래프로 정리했습니다. 은하까지의 거리와 후퇴 속도가 비례한다는 법칙, 지금 우리가 '허블 법칙'이라고 부르는 것입니다. 흥미로운 점은 허블이 이 논문에서 흥분한 나머지 속도 단위를 제대로 적지 못했다는 겁니다. 'km/sec'라고 써야 할 곳에 'km'만 적어놓았죠. 단위조차 제대로 쓸 수 없을 만큼 그는 흥분해 있었던 겁니다.
1931년 1월 29일, 아인슈타인은 직접 윌슨산 천문대를 찾았습니다. 허블이 보여준 은하 스펙트럼 앞에서 아인슈타인은 인정할 수밖에 없었습니다. "나의 가장 큰 실수는 우주 상수를 식에 넣은 것이었다." 완벽한 수식으로 세운 정적 우주가 그렇게 무너졌고, 관측으로 만든 새로운 우주가 태어났습니다.
허블의 발견 이후, 르메트르는 우주 팽창을 역으로 생각했습니다. 우주가 팽창하고 있다면 그 시작은 하나의 점이었을 것이라고. 오늘날 우리가 '빅뱅'이라고 부르는 개념의 시작이었습니다. 허블이 연 그 문을 따라 인류는 우주의 기원과 미래를 향해 한 발 더 나아갔습니다.
정리하면, 우주는 멈춰 있지 않습니다. 살아 움직이고 있습니다. 지금 이 순간에도 우주는 끊임없이 팽창하며 모든 은하를 밀어내고 있습니다. 허블이 남긴 유산은 그의 이름을 딴 망원경을 통해 계속되고 있고, 최근에는 제임스 웹 우주 망원경이 허블이 닿지 못한 우주의 깊은 곳까지 비추고 있습니다. 과학은 한 사람의 발견으로 완성되지 않습니다. 수많은 질문이 부딪히고, 의심이 또 다른 답을 낳으며, 우리는 조금씩 진리에 가까워집니다.