우주 팽창 속도는 왜 지역마다 다르게 측정될까

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문대로그 2026. 2. 6. 09:30

우주는 계속 팽창하고 있습니다. 이 사실은 이제 교과서에도 나오는 기본 지식이 되었죠. 그런데 여기서 한 가지 이상한 점이 있습니다. 오능른 우주 팽창 속도는 왜 지역마다 다르게 측정될까에 대해 소개해 드리겠습니다.

우주가 얼마나 빠르게 팽창하고 있는지를 나타내는 값이, 측정하는 방법에 따라 다르게 나온다는 것입니다.

이 값은 허블 상수라고 불리는데, 어떤 방법으로 재면 값이 크고, 어떤 방법으로 재면 더 작게 나옵니다. 같은 우주를 보고 있는데 숫자가 다르다니, 이건 단순한 오차로 보기엔 꽤 심각한 문제입니다. 과학자들은 이 현상을 ‘허블 상수 긴장’이라고 부릅니다.

허블 상수란 무엇이고, 왜 중요할까

먼저 허블 상수가 무엇인지부터 차근차근 정리해 보겠습니다.
허블 상수는 은하가 우리로부터 얼마나 빨리 멀어지고 있는지를 나타내는 값입니다. 더 정확히 말하면, 거리가 멀수록 더 빠르게 멀어진다는 비율을 숫자로 표현한 것입니다.

예를 들어, 어떤 은하가 1초에 70km 속도로 멀어진다고 하면, 그보다 두 배 먼 은하는 1초에 약 140km 속도로 멀어집니다. 이때 기준이 되는 숫자가 바로 허블 상수입니다.

이 값이 중요한 이유는 단순히 “우주가 커지고 있다”는 사실 때문만이 아닙니다. 허블 상수는 다음과 같은 질문들과 직접 연결됩니다.

우주의 나이는 얼마나 될까, 우주는 앞으로 어떻게 변할까, 지금의 우주 모형이 맞을까

즉, 허블 상수는 우주 전체의 설계도에 들어가는 핵심 숫자입니다.

그런데 문제는, 이 값을 측정하는 방법이 크게 두 가지로 나뉘고, 그 결과가 서로 잘 맞지 않는다는 점입니다.

허블 상수를 재는 첫 번째 방법은 비교적 가까운 우주를 관측하는 방식입니다.

이 방법에서는 특정한 별이나 폭발 현상을 ‘표준 자’처럼 사용합니다.

예를 들어, 밝기가 일정한 종류의 별이나 초신성은 “실제 밝기”를 알고 있기 때문에, 얼마나 어둡게 보이는지를 통해 거리를 계산할 수 있습니다. 이렇게 여러 단계의 측정을 이어 붙이는 방식을 거리 사다리라고 부릅니다.

이 방식으로 측정한 허블 상수는 비교적 큰 값이 나옵니다. 즉, 우주가 꽤 빠른 속도로 팽창하고 있다는 결론에 도달합니다.

반면 두 번째 방법은 아주 먼 우주, 다시 말해 우주가 태어난 지 얼마 되지 않았을 때의 흔적을 이용합니다. 대표적인 자료가 우주 배경복사입니다. 이는 우주 초기의 빛이 지금까지 남아 있는 것으로, 우주의 어린 시절 모습을 담고 있습니다.

이 데이터를 바탕으로 계산한 허블 상수는, 가까운 우주에서 잰 값보다 더 느린 팽창 속도를 보여줍니다.

정리하면 이렇습니다.

가까운 우주를 보면: 우주는 생각보다 빠르게 팽창 중, 먼 과거의 우주를 보면: 우주는 조금 더 느리게 팽창 중

이 차이는 관측 오차로 보기에는 너무 꾸준하게 반복됩니다. 그래서 단순한 실수가 아니라, 우리가 아직 모르는 무언가가 숨어 있을 가능성이 제기됩니다.

이제 핵심 질문으로 돌아가 보겠습니다.

왜 같은 우주인데, 지역과 방법에 따라 팽창 속도가 다르게 나올까요?

첫 번째 가능성은 관측 방법 자체의 한계입니다. 거리 사다리는 여러 단계를 거치기 때문에, 작은 오차가 누적될 수 있습니다. 반대로 우주 배경복사를 이용한 계산은 특정 우주 모형을 전제로 하기 때문에, 그 가정이 틀렸다면 결과도 달라질 수 있습니다.

두 번째 가능성은 더 흥미롭습니다.
우주의 물리 법칙이 우리가 생각한 것보다 더 복잡할 수 있다는 점입니다.

예를 들어, 우주 초기에 잠깐만 작용했던 새로운 에너지 성분이 있었거나, 중력의 성질이 아주 미세하게 달라진 적이 있었을 가능성도 논의됩니다. 이런 변화는 초기 우주의 관측값과 현재 우주의 관측값을 다르게 만들 수 있습니다.

세 번째로는, 우리가 사는 우주가 완전히 균일하지 않을 가능성도 거론됩니다. 아주 큰 규모에서는 비슷해 보이지만, 지역적으로 팽창 속도가 조금씩 다를 수 있다는 가설입니다. 이 경우 “우주 전체에 하나의 팽창 속도가 존재한다”는 생각 자체를 다시 검토해야 합니다.

중요한 점은, 허블 상수 긴장이 아직 해결되지 않았다는 사실입니다.
이는 우주론이 틀렸다는 의미가 아니라, 지금이야말로 우주론이 발전 중이라는 증거에 가깝습니다.

과학에서 가장 흥미로운 순간은, 이론과 관측이 어긋날 때입니다.
허블 상수 긴장은 바로 그런 순간 중 하나입니다.

이 문제를 해결하기 위해 더 정밀한 관측 장비와 새로운 이론이 계속 등장하고 있습니다. 언젠가 이 긴장이 해소된다면, 우리는 우주에 대해 지금보다 훨씬 더 깊이 이해하게 될 것입니다.

그리고 그 과정에서, “우주는 왜 이렇게 행동하는가?”라는 질문에 한 발짝 더 다가서게 될지도 모릅니다.