Space와 Universe는 같은 의미가 아닐까?
Space와 Universe는 같은 의미가 아닐까? 한자로는 집 우(宇), 집 주(宙)로 우주(宇宙)라고 쓰며 단어에 대해 설명한 현존하는 가장 오래된 문헌은 상앙의 스승이었던 시교(尸佼, BC 390~ BC 330)가 저술한 시자(尸子)이다. 이 책에서 우주에 대해 다음과 같이 설명하였다. 「上下四方曰宇，往古來今曰宙。」(위아래와 사방을 우(宇)라고 일컫고, 예로부터 지금까지를 주(宙)라고 일컫는다.) 이를 현대적으로 해석하면 우(宇)는 공간이고, 주(宙)는 시간을 의미하며 종합하면 우주는 시공간을 의미한다. 회남자는 "예부터 오늘에 이르는 것을 주(宙)라고 부르며 사방과 위아래를 우(宇)라고 부른다"라고 설명했다.
한편 우주를 뜻하는 비슷하면서도 조금씩 다른 영단어들을 설명하자면 다음과 같다. 본 문서에는 universe로서의 우주와 space로서의 우주가 혼재되어 있다. 가령 '우주의 역사'의 우주는 universe, '우주 탐사'의 우주는 space에 가깝다. 스페이스(space) '협의의 우주'이다. universe보다는 그 의미가 다소 한정적으로, 보통은 지구 대기권(정확히는 우주 경계선인 상공 118 km) 바깥의 공간을 말한다.
가령 우주 비행사가 활동하는 우주는 universe가 아닌 space다. 천문학이나 항공우주공학에서 우주라 하면 보통 space를 의미하며, 특히 항공우주공학에서 말하는 space는 그중에서도 보통 지구 궤도 근처나 태양계 내로 한정된다. 애초에 space는 원래 '공간'이란 뜻의 일반명사이기도 하다.
유니버스(universe) '광의의 우주'이다. 삼라만상을 포함한 이 우주 전체를 말하며, 지구와 그 위의 인간도 포함한다. 물리학에서 우주라 하면 보통 universe를 의미한다. 이 경우 '세계', '세상'과도 일맥상통한다. 특히 '경험 가능한 삼라만상'의 의미가 강하다.
코스모스(cosmos) 그리스어 'κόσμος'에서 온 말로, '우주의 본질', '혼돈(Chaos)과 대비되는 질서' 등 철학적·관념적인 의미를 내포한다. 보통은 '이 작은 지구와 대비되는, 저 광대하고 신비로운 우주'와 같은 뉘앙스로 쓰인다. 일반인들에게 우주의 신비를 낭만적으로 설명하는 칼 세이건의 다큐멘터리 제목이 <유니버스>가 아닌 <코스모스>인 것으로 그 미묘한 차이를 알 수 있다.
우주의 기원과 진화 및 구조를 연구하는 cosmology(우주론)의 어원 또한 cosmos + logy이다. 혹은 universe의 속뜻이 너무 다양하여 수식어나 접사로 쓰기 곤란한 때에 대신해 쓰이기도 한다. 가령 우주선(宇宙線)은 cosmic ray인데, 이는 universal ray라고 하면 '범용적인 광선'이 되어 버리기 때문이다.
두 가지로 표현되는 우주
우주는 시간과 공간을 아우르는 전체(또는 끝없이 펼쳐진 공간과 시간, 그리고 그 안에 존재하는 모든 것들의 집합체)로 해석될 수 있습니다. 우주에 대한 설명은 주로 두 가지 관점으로 나뉩니다.
우주라고 할 때 일반적으로 생각하는, 지구의 대기권을 벗어난 검은 우주 공간을 의미하는 좁은 개념(The Space)은, 대기권 위 고도 118km를 경계로 합니다. 이 경계는 과거 인공위성이 운영될 수 있는 최소 고도 150km를 우주의 범위로 간주했던 것에서, 우주의 경계를 새롭게 정의한 이후 변경되었습니다.
이런 좁은 의미에서의 우주는 보통 지구를 제외하고 생각할 때 사용되며, "우주 생명체는 존재할까?", "우주 공간에서는 어떤 일이 일어날까?" 같은 질문이 이에 해당합니다. 반면, 우주(The Universe)를 넓은 의미로 해석할 때는 '세계', '모든 것이 존재하는 장소', '세상의 모든 존재', '존재하는 모든 것의 집합', '전체' 등을 의미하며, 그 규모를 상상조차 어려운, 훨씬 더 큰 공간을 지칭합니다.
이러한 우주는 형이상학에서 주로 다루는 주제이며, 인간을 포함한 모든 물질과 에너지가 특정 형태로 결합된 것 역시 우주의 일부, 하나의 부분으로 볼 수 있습니다. '소우주'라는 용어는 우주와 유사한 연속적인 구조가 다른 체계나 미시 세계에도 존재한다는 개념을 나타내며, 이 경우 실제 우주를 '대우주'라 칭하여 구별합니다.
지금도 확장중인 우주의 크기
우리가 인지할 수 있는 우주의 범위는 지구에서 떨어진 거리가 약 465억 광년인 구역에 달한다. 이는 총 지름이 대략 930억 광년에 이른다는 의미이다. '인지 가능하다'는 표현은 지구로부터 발사된 다양한 파장의 신호가 이론적으로 현재 지구까지 도달할 수 있다는 개념을 내포한다. 이로 인해 우리가 인지할 수 있는 우주는 지구를 중심으로 한 구형의 영역을 형성하게 된다. 만약 우주의 먼 경계에 존재하는 외계 생명체가 있다면, 그들이 보는 우주의 크기 또한 우리와 마찬가지로 동일할 것이다. 이 경계 부근에 있는 것들은 초기 우주의 상태를 반영하고 있어, 그곳에 있는 외계 생명체가 있다 하더라도 우리는 그들이 살고 있는 은하가 형성된 지 138억 년 전의 상태만을 관찰할 수 있으며, 그들 역시 우리 은하를 바라볼 때 비슷한 시간대의 모습을 보게 될 것이다.
우리가 볼 수 없는 우주의 부분을 포함한 전체 우주의 크기는 추정하기 어렵다. 우주가 유한한 크기를 가지고 있는지 혹은 무한한지조차 확실히 알 수 없으며, 현재로서는 관측 가능한 한계 내에서 우주가 상상할 수 없을 만큼 광대하다는 사실만이 분명하다.
우주가 모든 방향으로 동일한 속도로 확장하고 있다고 가정해보자. 현재 알려진 팽창 속도는 1메가파섹 당 초당 약 72km이다. 실제로 공간 자체가 넓어지는 것으로, 이는 1 Mpc 떨어진 두 지점이 초당 72km 속도로 서로 멀어지는 것으로 관찰된다. 이러한 팽창 속도가 누적되어 300,000/72 Mpc 떨어진 두 지점은 빛의 속도인 초당 300,000km로 서로 멀어지는 것처럼 보인다. 따라서 지구로부터 300,000/72 Mpc 이상 떨어진 천체는 빛이 우리에게 도달하기 전에 빛의 속도를 초과해 멀어지기 때문에 우리가 관측할 수 없다. 이는 관측 가능한 우주의 범위가 지구로부터 반지름이 약 144억 광년인 구 내부임을 의미한다. 혹은 (우주의 나이) x 광년 거리에서 출발한 빛이 우주의 나이만큼의 시간이 흐른 후 지구에 도착했다고 볼 수도 있다. 이는 허블 지평선 또는 허블 구로 알려져 있다.
그러나 우주의 팽창 속도가 항상 일정하지 않았기 때문에, 암흑 에너지의 영향으로 인한 팽창 속도의 가속 및 감속을 고려할 때, 실제 우주의 나이에 해당하는 138억 광년의 반지름을 가진 구가 우리가 인식할 수 있는 우주의 실제 크기가 된다.
허블 지평선의 개념은 138억년 동안 우주의 팽창을 고려하지 않은 상태에서, 빛이 그 시간 동안 여행한 거리를 기준으로 한다. 따라서 본래 빛이 출발한 지점과 현재 우리가 있는 지점 사이의 거리는 공간의 확장으로 인해 현재 약 465억 광년까지 늘어나 있다. 이를 고려했을 때, 인지 가능한 우주의 실제 크기는 반지름이 465억 광년인 구로 나타난다. 이는 입자 지평선이라고 불리며, 빛이 138억년 동안 이동했음에도 불구하고 465억 광년의 거리를 이동한 것은, 공간 자체의 팽창으로 인해 진행 중이던 빛이 늘어난 결과로 설명될 수 있다.
이렇게 복잡한 우주의 구조와 확장의 개념을 이해하려면, 우리가 살고 있는 우주가 얼마나 광대하고 신비로운지를 다시 한번 깨닫게 된다. 우주의 규모가 이처럼 무한에 가까워 보이는 것은, 우리의 관측 기술과 이론이 아직 우주의 모든 비밀을 파헤치지 못했기 때문일 수도 있다. 따라서 우주에 대한 우리의 이해는 계속해서 발전할 것이며, 앞으로도 더 많은 발견과 이론이 나타날 것으로 기대된다.