우주는 무엇으로 만들어졌을까요? - 데니스 와일드포겔(Dennis Wildfogel)

전체 강의 보기: http://ed.ted.com/lessons/what-is-the-universe-made-of-dennis-wildfogel

여러분들 주위의 원자는 수 십억 년 동안 존재해 왔습니다.-- 그리고 대부분은 가스 상태로 불타고 있는 별의 중심부에서 나왔습니다. 데니스 와일드포겔은 빅뱅으로 부터 오늘날 분자들에 이르기 까지의 놀랄 만한 원자들의 기나긴 여정을 얘기해 줍니다.

강연: 데니스 와일드포겔
영상: 퓨36 애니매이션 스튜디오(Pew36 Animation Studios)

여러분 주변의 모든 물질들은

분자라고 불리는 매우 작은 단위체들로

구성되어 있습니다.

그리고 분자들은 다시 각각의

원자들로 구성됩니다.

분자들은 종종 나눠져서

새로운 분자들을 구성합니다.

하지만,

여러분들 일생을 통해 접하게 되는

모든 원자들은,

즉 여러분이 밟고 있는 땅,

들이마시는 공기,
섭취하는 음식에도 들어있고

여러분을 포함한 모든 생명체를
구성하고 있는 원자들은

몇 십억 년 동안 존재해 왔습니다.

그리고 이들은 우리의 지구와
아주 다른 곳에서 만들어졌습니다.

그런 원자들이 어떻게 생겨났는지에 대해
얘기해 보도록 하죠.

모든 것은 140억년 전에
시작되었습니다.

우리가 빅뱅이라고 부르는
현상과 함께 말이죠.

빅뱅은 가스로만 구성된
우주를 낳습니다.

별도 행성도 없었습니다.

그 가스는 가장 단순한 원소를 만드는

원자로만 이루어져 있었습니다.

75퍼센트의 수소와

나머지는 대부분 헬륨이었습니다.

탄소나 산소, 또는 질소 같은
원소들은 존재하지 않았습니다.

철, 은, 또는 금도
존재하지 않았죠.

어떤 장소에 있는 가스의 밀도는
다른 장소의 가스의 밀도보다 약간 높았습니다.

중력의 영향으로, 그러한 장소에서는
더 많은 가스를 끌어들였습니다.

그런 결과로 중력이 가진
끌어들이는 힘이 더 강력해졌습니다.

그러면서 더 많은 가스가 모였고
이런 식으로 계속 진행되었습니다.

점차적으로 크고 밀도 높은
가스의 공이 형성되고

그 스스로의 중력에 의해 압축됩니다.

그리고 결과적으로
안쪽에서 열이 발생합니다.

어떤 시점에서, 그 공의 중심부가

핵 융합을 일으킬 만큼
뜨거워집니다.

수소 원자들이 뭉쳐져
헬륨을 만들면서

방출하는 거대한 에너지는

축소시키는 중력의 힘을
상쇄시킬 만큼 충분히 강력합니다.

이 융합 반응으로부터
나오는 에너지가

가스를 안쪽으로 끌어들이는
중력과 같게 되면,

균형 상태가 생깁니다.

이렇게 해서 별이 탄생하게 됩니다.

별의 일생 동안,

거대한 별의 중심부에서
일어나는 융합 반응이

헬륨 뿐만 아니라

탄소, 산소, 질소

그리고 주기율표에 나오는 철에 이르기까지
모든 원소를 만들어 냅니다.

그러나 결국 중심부의 연료는
떨어지게 되고

균형은 완전히 무너져버리죠.

그렇게 되면 믿기 힘들 정도의
엄청난 폭발을 일으키는데

우리는 그것을
초신성이라 부릅니다.

여기서 두 가지 중요한 것이 있습니다.

초신성들이 어떻게
원소들을 만들어 내는지에 대해서 말이죠.

첫째, 이 폭발이
엄청난 에너지를 방출하기 때문에

융합을 제어할 수 없는
상태에 이르게 되어

철보다 무거운, 예를 들어,
은, 금, 그리고 우라늄 같은 원소들이

원자로부터 만들어 집니다.

둘째로, 별의 중심부에 축적되어 있던

모든 원소들,

예를 들어, 초신성 폭발에서
형성된 것들뿐만 아니라

탄소, 산소, 질소 같은 원소들이

항성간 공간으로 분출되어서

거기에 이미 있던 가스와
섞이게 됩니다.

이렇게, 역사는 반복됩니다..

원래부터 가지고 있던 원소인
수소와 헬륨보다

더 많은 원소를 포함하게 된
가스 구름들은

주변 지역보다 밀도가 높게 되어

더 많은 물질들을 끌어들이는
과정을 반복합니다.

앞에서와 같은 과정에 의해
새로운 별들이 탄생합니다.

우리의 태양은 이런 방식으로
50억년전에 탄생하였습니다.

우리의 태양을 만들어낸 가스는

우주가 시작된 이래
초신성들의 폭발로부터

이미 많은 원소들로
채워져 있었던 상태였다는 뜻이죠.

그래서 태양이 모든 원소들을
가질 수 있게 된 겁니다.

여전히 대부분이 수소로써
71퍼센트를 차지하고 있으며

나머지는 헬륨이
27퍼센트를 차지합니다.

그러나 알아두셔야 할 것은

처음 별들은 단지 수소와 헬륨으로만

구성되었지만

우리 태양은 주기율표의 원소들이
나머지 2퍼센트를

차지하고 있다는 것입니다.

그러면 지구는 어떨까요?

행성들은 별의 형성 과정에서 사용되는

같은 가스 구름으로부터
우연히 생겨납니다.

우리의 지구와 같은
작은 행성들은 중력이 충분치 않아서

수소나 헬륨 가스를
많이 보유할 수 없습니다.

둘 다 아주 가볍기 때문이죠.

그래서, 탄소, 질소,
그리고 산소 같은 가스들이

지구가 형성되는 순간에는
2퍼센트 밖에 차지하지 않지만

이 무거운 원소들이
우리 지구를 이루고 있는 많은 부분과

땅 위의 모든 것을 구성합니다.

이렇게 생각해 보세요.

수소와 헬륨을 제외하고

우리가 걷는 땅,

마시는 공기, 그리고 여러분들,

이 모든 것들이 별의 내부에서

만들어진 원자로
구성되어 있다는 사실을 말입니다.

20세기 초반 50년 간

과학자들이 처음
이 결과를 도출하게 되었을 때,

저명한 천문학자인 할로우 샤플리는
이렇게 얘기했습니다.

"우리는 바위와 형제이며, 구름의 사촌이다."