3-3. 우주배경복사 — 빅뱅의 메아리

우주 어디를 보든, 어떤 방향을 가리키든, 138억 년 전에 출발한 빛이 지금 이 순간에도 우리에게 도착하고 있다. 그 빛은 우주의 "첫 번째 사진"이다.

비둘기 배설물에서 시작된 발견

1964년, 미국 뉴저지 주에 있는 벨 전화 연구소. 두 명의 젊은 전파천문학자, 아노 펜지어스(Arno Penzias)와 로버트 윌슨(Robert Wilson)은 골치 아픈 문제와 씨름하고 있었다.

그들은 위성 통신용으로 만들어진 거대한 혼 안테나(horn antenna)를 천문 관측에 사용하려 했다. 그런데 안테나를 아무 방향으로 돌려도, 하늘의 어느 곳을 향하든, 설명할 수 없는 미약한 잡음이 끊이지 않았다. 낮이든 밤이든, 여름이든 겨울이든, 은하수를 향하든 그 반대편을 향하든 — 잡음은 항상 같은 세기로 존재했다.

두 사람은 이 잡음의 원인을 찾기 위해 온갖 노력을 기울였다. 안테나의 접속 불량? 점검했다. 지상의 전파 간섭? 확인했다. 심지어 안테나 속에 둥지를 틀고 있던 비둘기 한 쌍과 그 배설물까지 깨끗이 치웠다! 하지만 잡음은 사라지지 않았다.

같은 시기, 불과 60km 떨어진 프린스턴 대학교에서 물리학자 로버트 디키(Robert Dicke)와 짐 피블스(Jim Peebles)의 팀은 전혀 다른 방향에서 같은 대상에 접근하고 있었다. 그들은 이론적으로 예측했다: 빅뱅이 실제로 일어났다면, 그 잔열이 극초단파(마이크로파) 형태로 우주 전체를 균일하게 채우고 있어야 한다. 그리고 그것을 관측하기 위한 안테나를 바로 제작 중이었다.

두 그룹이 서로의 연구를 알게 된 것은 우연이었다. 그리고 그 순간, 역사가 만들어졌다.

펜지어스와 윌슨이 아무리 해도 없앨 수 없었던 "잡음"은, 잡음이 아니었다. 그것은 138억 년 전 빅뱅의 잔광 — 우주의 가장 오래된 빛이었다.

이 발견으로 펜지어스와 윌슨은 1978년 노벨 물리학상을 받았다.

이 절의 핵심 질문: 우주배경복사란 정확히 무엇이며, 왜 이것이 빅뱅의 결정적 증거인가? 그리고 이 "우주의 첫 번째 사진"에는 어떤 비밀이 담겨 있는가?