여기 "은하단"을 찍은 사진들이 있습니다.
"은하단"이라는 이름 그대로
엄청난 수의 "은하계"들이
서로 간의 중력에 의해 묶여 있습니다.
화면에 보이는 점들은 대부분
별 하나 하나가 아니라
별들이 모인 것, 즉 "은하"입니다.
이 사진들을 보여드리면서
제가 바라는 것은 여러분이
은하단의 아름다움을 아는 것입니다만,
아름다움 이상으로
은하단은 신비롭다고 생각합니다.
아주 놀랍죠.
그리고 유용하기도 합니다.
세상에서 가장 규모가 큰 실험실로서 유용합니다.
은하단을 실험실이라고 한 것은
사람들이 은하단을 가지고
실험을 한다는 뜻입니다.
네가지 측면에서 말씀드리죠.
첫번째로 말씀드릴 것은
얼마나 큰가를 가늠하는 것이에요.
얼마나 클까요?
자, 이것은 어느 은하단의 사진입니다.
이 은하단은 너무 커서 이걸 통과하는 빛이
휘어지고, 구부러지는데,
그건 이 은하단의 중력이 엄청나기 때문입니다.
실제로, 매우 자세히 보면
이 은하단 주변에서 고리를 보실 수 있습니다.
숫자로 말씀드리자면
보고 계신 이 은하단의 질량은
태양의 1천 조 배라고 하니 (10의 15제곱)
그 크기를 생각하면 놀라 자빠질 정도입니다.
하지만, 질량만 아니라
은하단이 가진 다른 특징도 보죠.
은하단은 본질적으로 각각 떨어져서 존재하는데요,
우리는 은하단을
우주 전체의 축소판이라고 생각해도 됩니다.
대규모 단위의 우주에 대해 우리가 가진
많은 의문들, 예를 들어
중력이 어떻게 작동하는가 같은
의문의 답을 은하단 연구에서 찾을 수도 있습니다.
어쨌든 크기가 엄청납니다.
두번째로, 대단히 뜨겁습니다.
제가 은하단의 사진을 찍고.
거기서 별빛을 모두 제거하면
이렇게 크고 푸른 뭔가만 남는데요.
이건 색이 아닙니다.
우리가 보고 있는 것은 실제로 X선 빛입니다.
이것이 은하가 아니라면,
이 빛은 어디서 나올까요?
답은 바로 뜨거운 기체입니다.
수백만도의 기체,
사실 이건 플라즈마입니다.
이것이 그렇게 뜨거운 이유는
아까 보신 슬라이드에 있는데요.
이 은하단의 엄청난 중력이
기체 분자를 엄청난 속도로 가속합니다.
그리고 엄청난 속도는 엄청난 온도를 의미하죠.
과학자들은 그렇게 보고 있지만,
과학은 원래 조잡한 밑그림일 뿐이죠.
이 플라즈마가 가진 많은 기본 특성들 때문에
우리는 혼란스러워 하기도 하고,
어리둥절해 하기도 하며,
우리가 고온의 물리학에 대해
조금씩 더 알아 가기도 합니다.
세번째는 "매우 작은 것들에 대한 탐구"인데요,
이걸 설명하기 위해서는 먼저 여러분들께
매우 혼란을 주는 사실부터 말씀드리자면,
우주에 존재하는 물질 대부분은
원자로 구성되어 있는 게 아닙니다.
여러분은 속으신 겁니다.
우주 대부분을 구성하는 것은 아주 아주 신비로운 것인데,
이걸 "암흑 물질"이라고 부릅니다.
암흑 물질은 상호 작용을 많이 하지 않는 물질인데,
중력을 통과할 때만은 예외입니다.
물론 이 물질에 대해서 알고 싶은 게 더 있죠.
만약 여러분이 입자 물리학자라면,
어떤 것들을 충돌시킬 때 어떻게 되는지 알고 싶을 건데요,
암흑 물질의 충돌에 대해서도 마찬가지겠죠.
자, 이걸 어떻게 해 볼 수 있을까요?
이 질문에 답하기에 앞서,
다른 질문을 하나 드릴 건데요,
"은하단이 서로 충돌하면 어떤 일이 일어날까" 하는 겁니다.
여기 사진이 있습니다.
은하단은 우주 축소판의
전형적인 단면이라 할 수 있는데요,
은하단은 대부분 암흑 물질로 이루어져 있고,
여러분이 푸르스름한 보라빛으로 보고 있는 게 바로 그겁니다.
붉은 색은 고온의 기체구요.
수많은 은하계들도 보이죠.
은하단이 충돌할 때 일어나는 일은
엄청나게 커다란 입자 가속기와 비슷합니다.
이건 매우 중요한데요.
그 이유는, 실험실에서라면
탐지하기 힘든, 아주 작은 효과들이
쌓이고 또 쌓여서
우리가 눈으로 관찰할 수 있게 된 것을 의미하기 때문입니다.
굉장히 우습죠.
우리가 은하단으로부터
암흑 물질에 대해 뭔가를 알아낼 수 있는 것,
또는 우리가 은하단으로부터
매우 작은 세계의 물리학에 대해 뭔가를 알아낼 수 있는 것은,
바로 은하단이 매우 크기 때문입니다.
네번째는 "매우 이상한 것들의 물리학"입니다.
지금까지 제가 말씀드린 것도 정말 말도 안되는 일이지만,
이보다 더 이상한이 있다면,
지금부터 말씀드릴 "암흑 에너지"입니다.
제가 어떤 공을 공중으로 던지면
그 공이 위로 갈 거라고는 예상하지만,
그 공이 점점 더 빠른 속도로
위로 갈 거라고는 예상하지 않습니다.
우주론자들은 우주가 팽창하는 이유에 대해서는
이해를 하고 있지만,
우주가 점점 더 빠르게 팽창하는 이유는
이해하고 있지 않습니다.
우주의 가속 팽창 원인에
우주론자들이 붙인 이름이
바로 "암흑 에너지"입니다.
이것에 대해서도 우리는 더 많이 알고 싶어하죠.
우리가 각별히 궁금해하는 의문이 있는데요,
대규모 단위에서 암흑 에너지가 우주에
어떤 영향을 미치는가? 예요.
암흑 에너지의 강도에 따라
아마도 구조가 더 빠르게 또는 더 느리게 만들어질 거예요.
음, 대규모 단위의 구조에 관한 문제는
엄청나게 복잡합니다.
보시는 사진은 컴퓨터로 모의실험한 것인데요,
이걸 단순화할 방법이 필요합니다.
비유를 통해 생각해 보죠.
타이타닉호가 어떻게 침몰했는지
이해하려 한다고 해서,
부서진 작은 보트 조각 하나 하나까지도
모델화하지는 않는 게 중요합니다.
가장 중요한 것은
커다란 두 부분을 추적하는 겁니다.
마찬가지로, 저는 대규모 단위의 우주에 대해
많은 것을 배우기 위하여
커다란 부분들을 추적했는데,
그게 바로 은하단입니다.
이제 강연이 끝날 때가 되면서,
여러분은 어쩌면 속았다고 느끼실지 모르겠어요.
제가 강연을 시작하면서
은하단이 얼마나 유용한지 말씀을 드렸고,
그 이유도 몇가지 설명드렸는데요,
실제로 은하단 이야기를 어디에 쓸까요?
음, 그에 대한 답은
헨리 포드가 한 이야기로 대신하겠습니다.
헨리 포드가 차에 관해 질문 받고
이렇게 대답했다고 하죠.:
"만약 제가 사람들에게 원하는 게 뭔지 물었더다면,
그들은 더 빠른 말이라고 대답했을 겁니다."
오늘날, 우리 사회는
수많은 어려운 문제에 직면해 있습니다.
그런 문제들에 대한 해결책은 분명하지 않아요.
'빠른 말'이 해결책이 아닙니다.
문제들을 해결하기 위해 필요한 것은
엄청난 양의 과학적 독창성입니다.
우리는 문제 해결에 초점을 맞춰야 하고,
또한, 집중해야 합니다.
하지만 우리가 명심해야 할 것은
혁신, 독창성, 그리고 영감입니다.
그것을 얻기 위해서는
우리의 시야의 폭을 넓히고,
뒤로 한걸음 물러나서,
큰 그림으로 보는 것이 필요합니다.
가장 좋은 방법은 우리를 둘러싸고 있는
우주를 연구하는 거라고 저는 생각합니다. 감사합니다.
(박수)