조지 가모프 빅뱅 핵합성, 우주 첫 3분이 모든 원소를 만들었다

우주에 있는 모든 물질은 대체 어디서 왔을까? 아무도 답을 몰랐다

여러분, 지금 손에 들고 있는 스마트폰, 오늘 먹은 급식, 심지어 여러분 몸까지—이 모든 게 '원자'라는 아주 작은 알갱이로 이루어져 있다는 거 알죠? 그런데 이 원자들은 대체 어디서 온 걸까요?

1940년대까지, 과학자들은 이 질문 앞에서 꽤 멘붕이었어요. 별 안에서 만들어졌다는 설도 있었지만, 우주에 가장 많은 원소인 수소와 헬륨이 왜 그렇게 '딱 그 비율'로 존재하는지는 설명할 수가 없었거든요. 마치 학교 시험에서 답은 아는데 풀이 과정을 전혀 모르는 것과 비슷했죠.

그때 한 과학자가 아주 황당하게 들리는 아이디어를 들고 나타났어요. "우주가 처음 태어날 때, 엄청나게 뜨거운 불덩어리였다면?" 그 사람 이름이 바로 조지 가모프예요. 러시아에서 태어나 미국으로 건너간, 유머 감각이 넘치는 물리학자였죠. 사람들은 처음에 코웃음을 쳤어요. 우주가 폭발해서 시작됐다니, 무슨 만화 같은 소리냐고요.

가모프의 대답: 우주가 태어난 첫 3분 동안, 엄청난 열이 원소를 '요리'했다!

만화 같다고 무시당했지만, 가모프는 포기하지 않았어요. 그는 우주 탄생의 순간을 마치 '초대형 압력밥솥'에 비유했어요. 상상해 보세요. 온도가 수십억 도에 달하는 솥 안에 양성자와 중성자—원자의 재료들—가 미친 듯이 돌아다니고 있는 거예요.

가모프와 그의 제자 랠프 앨퍼는 계산을 시작했어요. 우주가 '빵!' 하고 터진 뒤 첫 3분 동안, 그 엄청난 열과 압력 속에서 양성자와 중성자가 서로 붙었다 떨어졌다를 반복하면서 수소와 헬륨이 만들어졌다는 걸 수학으로 증명한 거예요. 급식실에서 3분 만에 컵라면이 완성되듯, 우주도 딱 3분 만에 기본 원소의 레시피를 완성한 셈이죠!

놀라운 건, 이 계산 결과가 실제 우주에서 관측되는 수소 대 헬륨 비율(대략 3:1)과 거의 정확히 맞아떨어졌다는 거예요. 가모프는 여기서 한 가지 더 예언했어요. "그 대폭발의 열기가 아직도 우주에 희미하게 남아 있을 것"이라고요. 이건 훗날 '우주 배경 복사'라고 불리는 것으로 정말 발견됐고, 빅뱅 이론이 진짜라는 결정적 증거가 되었어요.

우주의 레시피를 풀더니, 생명의 비밀 암호까지 풀어버렸다고?

우주의 탄생 비밀을 밝혀낸 것만으로도 대단한데, 가모프는 완전히 다른 분야로 점프했어요. 1950년대, 과학자들이 DNA라는 생명의 설계도를 발견했을 때, 가모프는 이런 질문을 던졌어요. "DNA에 들어 있는 네 종류의 글자(A, T, G, C)로 어떻게 스무 종류의 아미노산을 지정할 수 있을까?"

이건 마치 암호 해독 게임 같았어요. 네 개의 글자로 된 비밀번호 조합이 단백질이라는 '몸의 부품'을 만든다는 건데, 그 규칙을 아무도 몰랐거든요. 가모프는 수학적으로 "글자 세 개가 한 묶음이 되어야 한다"고 제안했어요. 네 종류 글자를 세 개씩 조합하면 64가지가 나오니까, 스무 가지 아미노산을 충분히 지정할 수 있다는 논리였죠.

세부 방식은 후에 다른 과학자들이 실험으로 정확히 밝혀냈지만, '세 글자가 한 단위'라는 핵심 아이디어는 가모프가 맞았어요. 우주의 요리 레시피를 읽는 눈으로, 생명의 암호 체계까지 꿰뚫어 본 거예요. 게임으로 치면 완전히 다른 장르인데 둘 다 올클리어한 셈이죠!

지금 네 몸속 수소 원자도, 그 '첫 3분'에 만들어진 거라면 믿겠어?

자, 여기서 소름 돋는 사실 하나 알려줄게요. 지금 여러분 몸의 약 60%는 물이에요. 물은 수소와 산소로 이루어져 있고요. 그 수소 원자는 어디서 왔을까요? 맞아요, 가모프가 계산한 바로 그 '우주의 첫 3분'에서 만들어진 거예요. 약 138억 년 전에요!

다음에 물 한 모금 마실 때 생각해 보세요. 그 물속 수소는 우주가 태어나던 순간부터 여행을 시작해서, 별을 지나고, 지구에 도착하고, 결국 여러분의 컵에 담긴 거예요. 여러분은 말 그대로 우주의 역사를 몸속에 품고 다니는 셈이에요.

가모프가 우리에게 알려준 건 단순한 과학 지식이 아니에요. 전혀 관련 없어 보이는 분야—우주의 탄생과 생명의 암호—를 연결할 수 있는 '호기심의 힘'이에요. 혹시 여러분도 수학 시간에 배운 걸 과학 시간에 써먹거나, 게임 공략법을 시험 공부에 응용해 본 적 있나요? 그게 바로 가모프처럼 생각하는 거예요. 세상 모든 지식은 어딘가에서 연결되거든요.