우주 탄생부터 인류 탄생까지 우주의 역사

우주의 시작

우주는 지금으로부터 138억 년 전 엄청난 폭발과 함께 시간과 공간이 탄생했습니다.

이를 전 세계는 빅뱅이라고 부르기로 했습니다. 빅뱅 이전에는

무엇이 있었는지 궁금해할 수도 있지만 시간이 존재하지 않았기 때문에

아무런 의미가 없다고 볼 수 있습니다.

빅뱅이 생기자마자 5x10^ -44초부터 10^ -35초까지 찰나의 시간 동안 인플레이션으로

우주가 급팽창하게 됩니다. 이후 이 강한 에너지로 인해서 인류가 재현해 낸 빅뱅

실험 때처럼 우주 공간에서 소립자들이 탄생합니다. 그리고 10^ -6초가 지나서 

소립자인 쿼크들간의 결합으로 양성자와 중성자가 만들어집니다.

이때 우주에 가장 흔한 원소인 수소가 만들어지게 되죠.

이때의 온도와 밀도는 양성자가 핵융합이 가능한 온도로 일부 양성자들은

태양 중심핵에서 일어나는 것과 같이 핵융합으로 인해서 헬륨 원자핵이 됩니다.

이렇게 우주는 대부분의 양성자, 중성자와 헬륨원자핵으로 채워진 상태로

빛의 속도로 팽창을 시작합니다. 이후에 38만 년이라는 짧은 시간 후에 이 

원자핵들이 전자를 포획할 수 있는 온도까지 떨어지면서 

우주에는 수소와 헬륨이 생기게 되는 것이였습니다.

다들 아시는 것처럼 너무 높은 온도에서는 물질은 플라스마상태가 되어서

원자핵과 전자가 결합을 하지 못하기 때문입니다.

우주가 처음 생겼을 땐 수소와 헬륨밖에 존재하지 않았지만 초창기에 높은

밀도에 의해 우주에 존재하던 무수한 수소와 헬륨들은 중력으로 압축되어

무수한 항성을 만들어냈습니다. 이때 만들어진 항성들은 높은 물질 밀도로

대부분 태양보다 훨씬 큰 O형 주계열성 같은 항성들이었습니다.

 

대략 태양의 50배 이상의 질량을 가진 이 항성들은 엄청 높은 온도를 가져서

수명이 매우 짧은 대신 엄청난 속도로 수소를 헬륨으로 핵융합하고,

시간이 지나면서 철까지 핵융합이 가능한 크기입니다. 이런 항성을 만들어질

수 있는 원소는 철이나 니켈(까지) 정도지만 핵융합으로 인해서 중심핵의

밀도가 높아지면서 임계점을 돌파하면 초신성 폭발을 일으키고 중성자별이나

블랙홀이 생기게 됩니다. 최초의 항성이 초신성 폭발이 일어나게 되면

우주에 처음으로 니켈보다 무거운 모든 원소들이 만들어집니다.

 

이때 만들어진 원소들은 희토류에 속하는 원소들과 금이나 백금 같은 원소들로

이런 원소들은 초신성폭발이나 중성자별 충돌로만 만들어지기 때문에

지금 더 굉장히 희귀한 편에 속합니다. 이 과정이 무한 반복되고 우주가 계속

팽창하면서 좀 더 작은 항성들도 탄생하고 수명이 다해 폭발하고를 반복합니다.

 

10억 년의 이 과정 끝에 별들과 물질이 서로의 중력으로 모여있게 되는데 

이는 은하라고 부르게 되고 이것은 우주에 은하가 탄생하게 된 것입니다.

초기의 은하는 밀도가 매우 높아서 가스가 중력중심으로 응축해서

항성이 매우 많이 태어났습니다. 지금에 들어서는 밀도가 낮아져서

이때보단 항성이 태어나는 빈도수가 현저히 줄어들었지만, 아직도 우주에는

매일 많은 항성들이 새로 탄생하고 있습니다. 

 

그리고 그 과정 중에 우리 은하에서는 지금으로부터 50억 년 전쯤 태양이라는

항성이 탄생합니다. 이 항성은 50억 년 전 기준으로 일반적인 항성들의

질량보다 약간 더 질량이 큰 편에 속하는 평균적인 수준의 항성이었고,

주계열성 단계 G형에 속해서 약 100억 년의 수명을 가지는 항성이었습니다.

적당힌 크기 덕분에 천천히 핵융합이 일어났고 핵융합에 의해 발생하는

에너지 덕분에 항성으로부터 약 1억 km ~ 2억 km 사이에 물이 액체상태로

존재할 수 있는 지역이 만들어졌습니다. 그리고 항성이 만들어질 때

항성에 흡수되지 못한 물질들은 각 운동량으로 항성 주의를 돌다가

서로의 중력으로 응축했는데 이 중에 미행성 크기의 물체는 수십 ~ 수백 개의

덩어리들이 되었습니다. 시간이 지나서 일부는 항성에 흡수되고 서로

충돌하는 과정을 거쳐서 8개의 행성 크기의 물체가 만들어지게 되었습니다.

 

지구의 탄생

그중 기가 막히게 이 항성의 1억 5천만 km 위쳉 자리를 잡은 행성이 

생기게 됩니다. 우리는 그 물체를 현재 지구라고 부르고 있습니다.

당시 태양계의 궤도는 엉망이었기 때문에 수많은 바위덩어리들이 지구로

떨어졌습니다. 특히 약 42억 년 전엔 운석 대폭격이라는 사건이 일어나는데

아마도 태양 같은 항성이 우리와 충돌할 정도로 아슬아슬하게 지나가면서

내행성궤도 바깥궤도에 있던 무수한 혜성이나 소행성들이 내행성궤도로

날아들고 엄청난 충돌이 있었습니다. 이때 있었던 충돌 횟수가 나머지

46억 년 동안 모든 충돌 횟수보다 많았기에 엄청난 사건이었습니다.

 

이때 얼음이 풍부한 혜성이 지구에 자주 충돌하면서 지구에 물이 

공급이 되었습니다. 이들에는 우형 아미노산도 풍부하기 때문에 지구에

아미노산의 재료들이 공급되었습니다.  그리고 약 40억 년 전 심해의

압력으로 인해 이곳에서 pyruvic acid라는 화합물이 자연적으로 합성됩니다.

또한 당시 지구 환경에서는 아미노산들이 손쉽게 만들어졌던 것으로 

알고 있습니다. 이후에 이런 아미노산들은 당시 지구 환경을

구현한 실험실에서 펩타이드 결합을 하는 현상을 보이게 됩니다.

아미노산이 펩타이드 결합을 통해 최초로 굉장히 복잡한 유기물인 단백질로

합성하게 됩니다. 이후에 지구의 열수분출공과 운석으로 인해

지표로 인이 유입되었고, 거의 10억 년에 가까운 시간 동안 지구에는

약 500경 번의 낙뢰가 발생하였습니다. 낙뢰는 강력한 에너지로 

분자구조를 와해를 하거나 다른 분자와 무작위 결합을 하게 됩니다.

 

이로 인해서 점점 더 복잡한 화합물이 생겨나게 되었고, 어느 순간

자신의 형태를 복제할 수 있는 화합물, 즉 유전물질이 만들어집니다.

이 물질은 태양 에너지를 통해 에너지를 얻어서 주변에 있는 재료들로

자신과 비슷한 형태를 복제했습니다. 대부분은 쓸모없거나 불량품으로

복제가 되었지만, 일부는 좀 더 복잡한 형태로 복제가 되었고, 이 물질은

또 대부분 쓸모없지만 좀 더 복잡한 물질을 복제하는 과정이 되풀이

되면서 지구의 바다와 호수에는 이런 물질들로  가득 매워지게 됩니다.

 

현재에 이런 일이 일어나면 박테리아의 든든한 한 끼 식사가 되겠지만,

이때는 생명체가 없던 시기였기 때문에 점점 더 복잡하고 정교하게

스스로를 복제할 수 있는 물질만 살아남는 과정이 계속해서 반복 끝에

최초의 생명체가 탄생하기에 이릅니다. 그리고 최초의 생명체 역시

다른 천적이 없었으므로 주변에 무한 자가복제로 널려있던 유기물을

흡수해서 자신을 복사하기 시작했습니다. 최초의 생명체가

변이의 변이를 낳고 대부분의 변이는 에너지를 얻지 못해 죽었지만

좀 더 생존에 유리하게 변이를 일으킨 개체들은 다른 개체를

흡수하고 그 과정에 의해서 자연석택설로 유기체들은 점점 더 복잡하고

정교해졌을 겁니다. 그리고 또 10억 년이 넘는 엄청나게 오랜 시간 이

괴정을 반복한 끝에 단세포 생명체라 부를만한 생명체가 탄생하게 되었고,

이후에는 모두가 알고 있는 진화론대로 흘러가서 식물과 동물들이

탄생하기에 이르렀을 겁니다. 이렇게 보면 빅뱅으로 인해 최초에

쿼크 같은 입자로 시작한 우주가 생명을 만들게 된 과정은 정말 신기합니다.

엔트로피의 증가로 인해 우주의 형태는 계속 복잡하고 무질서하게

흘러가기 때문에 어찌 보면 생명체 탄생은 우연이 아니라 필연이었을지

모르겠습니다.

 

이상으로 우주 탄생에서 지구까지 과정을 작성하게 되었습니다.