우주를 이해하는 핵심 이론들: 허블의 법칙 (1929년)

 

우주는 정지한 공간이 아니라, 팽창하는 공간이다

20세기 초까지만 해도,
대부분의 과학자들은 우주는 정적인 상태라고 믿었다.
은하는 고정된 위치에 있고,
시간의 흐름에도 우주는 변하지 않는다는 것이 일반적인 인식이었다.

그러나 1929년, 한 천문학자의 관측이
우주에 대한 우리의 개념을 송두리째 바꾸었다.
그는 우주가 팽창하고 있다는 증거를 수학적으로 제시했고,
이는 오늘날 우주론의 출발점이 되었다.

그 주인공은 에드윈 허블(Edwin Hubble),
그의 발견은 **허블의 법칙(Hubble's Law)**이다.

 

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1. 허블의 관측 배경

1.1 은하가 우주에 수백만 개?

1920년대 초반까지만 해도,
과학자들은 은하라는 개념조차 정립하지 못했다.
‘성운(nebula)’이라 불리는 희미한 천체들이
우리 은하 안에 존재한다고 생각한 것이 전부였다.

그러나 1924년, 허블은 세페이드 변광성을 이용해
안드로메다 성운이 우리 은하 바깥에 있다는 사실을 밝혀냈고,
그는 우주가 은하로 이루어진 거대한 구조물임을 증명했다.

1.2 적색편이의 관측

허블은 미국 캘리포니아 주 마운트 윌슨 천문대에서
2.5m 후커 망원경을 사용해 은하들의 스펙트럼을 관찰했다.

그 결과, 대부분의 은하들이
**적색편이(Redshift)**라는 스펙트럼 이동을 보이고 있었고,
그 이동량은 은하가 지구로부터 멀어지고 있음을 의미했다.

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2. 허블의 법칙의 정식화

2.1 법칙의 수식

허블은 1929년, 관측한 은하들의 거리와 적색편이 크기를 비교하여
다음과 같은 관계를 정리했다:

v = H₀ × d

• v: 은하의 후퇴 속도
• d: 은하까지의 거리
• H₀: 허블 상수 (Hubble Constant)

→ 은하의 거리가 멀어질수록, 후퇴 속도는 비례적으로 커진다.
즉, 우주 전체가 팽창하고 있다는 사실을 수학적으로 표현한 것이다.

2.2 중심이 없는 팽창

이 법칙은 지구가 우주의 중심이라는 뜻이 아니다.
모든 은하에서 보면 다른 은하들이 멀어지는 것처럼 보이기 때문에,
공간 자체가 팽창하고 있음을 의미한다.

이는 풍선에 점을 찍어 놓고 팽창시키는 것과 유사하다.
모든 점이 서로 멀어지기 때문이다.

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3. 허블의 법칙이 가진 우주론적 의미

3.1 정적 우주의 붕괴

허블의 발견은 정적인 우주 개념을 무너뜨렸다.
특히, 아인슈타인이 도입했던 ‘우주상수(Λ)’ 역시
이 발견 이후 불필요하게 되었고,
아인슈타인 본인은 이를 “내 인생 최대의 실수”라고 회고했다.

3.2 우주의 시작점 가정

허블의 법칙은 우주가 시간이 흐르며 팽창하고 있다는 사실을 보여준다.
그렇다면 거꾸로 시간을 돌리면
우주는 점점 작아지고,
결국 하나의 점에서 시작되었다는 결론에 도달하게 된다.

→ 이것이 훗날 빅뱅 이론의 기반이 된다.

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4. 허블 상수의 측정과 논쟁

4.1 초기 허블 상수의 추정

허블은 처음에 H₀ ≈ 500 km/s/Mpc로 추정했지만,
이는 현재보다 약 7배 정도 큰 값이었다.
그의 거리 측정에 오류가 있었기 때문이다.

4.2 현대의 측정값

최근의 관측 기술은 H₀ 값을
약 67 ~ 74 km/s/Mpc 범위로 좁혔다.
하지만 측정 방법에 따라 여전히 다르게 나타나며,
이는 **허블 상수 논쟁(Hubble Tension)**으로 불리고 있다.

• CMB 기반(WMAP/Planck): 약 67.4
• 초신성 기반(Sh0ES 팀): 약 73

→ 이 차이는 우주론의 새로운 물리학 존재 가능성을 시사하고 있다.

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5. 현대 우주론에서의 활용

5.1 우주의 나이 계산

허블 상수는 단위가
속도/거리, 즉 1/시간이므로
이를 이용해 우주의 나이를 추정할 수 있다.

→ 약 138억 년 (ΛCDM 모델 기준)

5.2 우주 팽창 모델의 핵심

허블 법칙은

• ΛCDM 모델
• 빅뱅 이론
• 우주배경복사 해석
• 구조 형성 시뮬레이션
  등 거의 모든 현대 우주론 모델의 기반 수식으로 사용된다.

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결론 – 팽창하는 우주의 첫 걸음

허블의 법칙은
우리에게 처음으로 우주가 동적이라는 개념을 제시했다.

그것은 단순한 수학식이 아니라,
우주의 구조, 진화, 미래에 대한 창문이 되었고,
오늘날에도 그 의미는 여전히 강력하다.

에드윈 허블의 관측은
우주론을 철학에서 과학으로 옮긴 혁명적 순간이었다.
그리고 그 법칙은
지금도 우주의 팽창을 조용히 증명하고 있다.