별빛에 대한 '올베르스의 역설'이란?

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별빛에 대한 올베르스(Olbers)의 역설(逆說)

 

 

독일의 아마추어 천문학자인 올베르스(Heinrich Wilhelm Olbers 1758-1840)는 1823년에 이러한 의문을 가졌다.

 

“밤하늘은 왜 캄캄한가? 우주 공간에서는 무한히 많은 별들이 산재하여 빛을 내고 있으므로, 밤하늘은 전체가 태양 표면처럼 밝아야 하지 않을까?”

 

이 의문을 ‘올베르스의 역설’(Olbers' Paradox)이라 부른다. 당시 올베르스는 이 의문에 대한 대답을 이렇게 했다. “우주 공간에는 성간 물질이 있어 이들이 빛을 흡수하기 때문일 것이다.” 그러나 그의 생각은 정답이 아니었다. 과학자들은 이 의문에 대해 오래도록 논쟁을 벌여 왔다.

 

올베르스의 역설에 대한 대답은, 벨기에의 과학자 게오르게스 레마이트레(Georges Lemaitre 1894-1966)가 1927년에 ‘빅뱅설’(Big Bang theory, 빅뱅 이론 참조)을 발표하고, 1929년에 에드윈 포웰 허블(Edwin Powell Hubble 1889-1953)이 ‘우주 팽창설’(우주팽창설 참조)을 내놓으면서 중요한 단서를 찾게 되었다.

 

빅뱅설에 따르면(최근 이론), 우주는 약 137억 년 전에 탄생했다. 우주가 막 시작된 초기의 우주는 별의 수가 적고 훨씬 뜨거웠으며, 고열의 수소 플라스마가 불투명한 안개처럼 빛(전자기 복사 電磁氣 輻射)을 내고 있었다. 현재 우주의 많은 별들은 거의 광속으로 팽창하면서 우리(관측자)로부터 멀어져간다. 멀어져 가는 물체에서 오는 빛은 ‘도플러 효과’(도플러 효과 참조)에 의해 '적색 이동'(赤色 移動, redshift)이 일어나므로, 스펙트럼의 끝에 있는 적색 파장의 빛만 보이게 되는데, 이런 적색 빛은 에너지가 적어 눈에 잘 보이지 않는다.

 

미국의 유명한 추리소설가인 에드거 앨런 포(Adgar Allen Poe 1809-1849)는 1848년에 올베르스의 역설에 대한 훌륭한 대답을 그의 작품 <유레카>(Eureka)에 발표했다. “우리가 보고 있는 별빛은 그 별의 거리(10광년이든, 수십억 광년이든)만큼 이전에 나온 빛을 보는 것이다. 즉 우리는 별의 거리에 해당하는 과거를 보고 있는 것이다. 우주의 무수한 별들 중에서 일정 거리 이상 떨어진 별에서 오는 빛은 아직 지구까지 당도하지 않았다.”

 

외르스테드의 역설에 대한 답은 빅뱅설과 우주 팽창설 외에, 우주 공간의 많은 먼지와 가스들이 별빛을 흡수하는 탓이라는 주장도 있다 (허블의 법칙 참조). 이 의문에 대해서는 지금도 물리학과 천문학에서 논쟁이 되고 있다.

 

 

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