우주는 왜 어두운가?

밤하늘을 올려다보면 반짝이는 별들 사이의 하늘은 칠흑처럼 어두우며 아무것도 없습니다. 만일 태양계에서 멀리 떨어진 우주공간에 간다고 하더라도 우주는 밤하늘과 마찬가지로 어두울것입니다. 그럴 것이 당연하다고 생각하실 테지요. 그런데 우주가 어두운 것은 좀 이상하다, 밤이 어두운 것도 이상하다고 생각한 사람이 있습니다. 1832년, 독일의 올버스는 만일 별들이 모두 태양과 마찬가지로 우주에 평균적으로 분포해 있고, 우주가 무한의 저편까지 이어져 있다면 밤하늘은 결코 어두울 리 없다는 것을 증명해 보였습니다. 그것은 이러한 것이지요. 지구로부터 어느 거리까지의 구를 생각하면, 그 안에 속한 별 전체를 모은 지구상에서의 밝기는 어떤 일정한 밝기가 됩니다. 그러면 그 구 바깥쪽에 포함되는 별 전체의 밝기가 아까의 일정한 밝기가 되도록 구획을 지을 수가 있습니다. 왜냐하면 거리가 2배가 되면 하나의 별의 밝기는 4분의 1이 되는 것처럼, 밝기는 거리의 2승에 반비례하는 데 대해서, 별의 수는 구의 체적으로 정해지므로 거리의 3승으로 늘어나기 때문에 밝기와 별의 수를 곱한 전체의 밝기는 거리가 늘어나는 것과 함께 커져가기 때문입니다.
이렇게 해서 다시 구획의 바깥에 일정한 밝기가 되는 구획을 계속해서 만들어나가면, 우주가 무한하게 계속되고 있다고 할 때 무한개의 구획을 만들 수가 있을 테지요. 즉, 밤하늘의 밝기는 무한에 어떤 별 뒤에 가려지는 별빛은 지상에 닿지 않습니다. 거기서 마지막에는 하늘 전체가 별, 즉 태양으로 메워지게 되겠지요. 이 때의 밤하늘의 밝기는 무려 태양의 2만6천배나 되는 것입니다. 이것이 '올버스의 역설'이라 불리는 의문이었습니다. 만약 별의 분포가 일정하고, 우주가 무한원까지 계속되고 있다고 생각하면 반드시 이런 결과가 나오게 됩니다. 이 기묘한 결과에 대해서 어떤 사람은 별이 평균적으로 분포해 있는 것이 아니라 집단을 이루고 있기 때문에 그것은 성립되지 않는다고 반대했지만, 그렇더라도 그 집단을 다시 하나의 별로 생각하면 역시 밤이 밝아져야 합니다. 또 어떤 사람은 별에는 수명이 있기 때문에 죽어서 더 이상 빛나지 않게 되므로 밤은 어두운 것이 당연하다며 반대했습니다. 그렇다면 우리들 주위에는 살아 있는 별들이 있다고 생각해야 합니다. 이는 우주에서 특별한 곳을 인정하는 것이 됩니다. 일단 우주는 어디나 마찬가지이며, 특별한 곳은 없다고 생각하는 것이 순리이겠지요.
이 올버스의 역설을 해결한 것이 1929년에 발견된 '우주팽창'입니다. 이 문제에 관해서는 뒤에서 다시 이야기하겠으나, 일정한 우주일지라도 그것은 팽창하고 있으며, 아주 멀리 있는 별은 우리에게 보이지 않게 됩니다. 그래서 우리 주위에는 한정된 수의 별밖에 없으며, 밤하늘, 즉 우주는 어두운 것입니다.