바이오로고스에 있는 글들을 진규선 목사님이 하나하나 번역 중입니다. 지구와 우주의 나이에 관한 좋은 글이 있어서 퍼왔습니다. 제 블로그에서 연대측정법과 지구나 우주의 나이에 대해 문의하시는 분들이 많은데 참고하시면 좋겠습니다.
[바이오로고스 번역]
How are the ages of the Earth and universe calculated?
지구와 우주의 나이는 어떻게 계산하는가?
출처: http://biologos.org/questions/ages-of-the-earth-and-universe
(번역: 진규선 목사)
요약
많은 개별적 측정을 통해, 지구와 우주의 나이는 수십억 년으로 확인되었다. 지질학자들은 빙하들에서 연층을 발견했는데, 그것은 약 74만 년 전의 것으로 계산된다. 잘 알려진 방사능 원소의 변화율(즉 방사성 연대 결정방식)을 사용하여 보면, 몇몇 지구의 암석들이 수십억 년이 되었음을 알 수 있다. 또한 가장 오래된 태양계의 암석의 연대는 46억년의 것으로 잡을 수 있다. 천문학자들은 은하간의 거리와 빛의 속도를 (지구와 우주의 나이에 대한) 측정방식으로 사용하는데, 그 빛은 수십억 년을 여행한 것이다. 우주의 팽창은 전체 우주의 나이가 137억년이 되었음을 알려준다.
세부 내용
서론
천문학자들과 지질학자들은 우주와 지구의 나이를 수십억 년으로 결정하였다. 이 결론은 단 하나의 측정 혹은 단 하나의 계산법에만 의존한 것이 아니다. 여러 종류의 증거에 근거한 것이다. 이제 우리는 오래된 지구에 대한 두 가지 종류의 증거를, 그리고 오래된 우주에 대한 두 가지 종류의 증거만을 서술할 것이다. 보다 많은 증거는 아래의 ‘더 읽을 거리’를 참조하라. 이러한 방법들은 거의 독립적인 것으로 각각 구분된 관찰들과 논증들에 근거했지만, 핵심은, 그것들은 1만 년 이상의 역사를 보여준다는 점이다. 우리는 그리스도인으로서 하나님이 세계를 창조하셨으며, 그 세계가 그분의 영광을 선포한다는 것을 믿는다. 따라서 우리는 자연이 우리에게 말해주는 바로 그 자연의 역사를 무시할 수 없다.
주기적으로 생기는 테와 층을 통해 보는 지구의 나이
만약 당신이 나무의 몸통을 수평으로 자른 것을 보았다면, 나무가 매년 새로운 성장테를 어떻게 만드는지 볼 수있다. 가뭄이 있는 해에, 그 나무는 천천히 자라기 때문에 그 테가 좁다. 성장을 잘 한 계절의 테는 보다 굵을 것이다. 한 그루 나무의 나이는 계속해서 생기는 그 테를 통해 쉽게 알 수 있다. 과학자들은 테의 굵기 유형과 날씨에 대한 기록을 비교하면서 그 방법이 정확하다는 것을 입증할 수 있다. 이 방법은 오래된 숲에서 쓰러져 있는 죽은 나무들에도 적용될 수 있다. 예를 들어 죽은 나무에 있는 마지막 200개의 테가 아직도 살아있는 나무의 첫 수명부터 형성된 200개의 테와 일치한다. 즉, 두 나무 모두 오래된 것으로 볼 수 있다. 이러한 방식으로, 많은 나무는 그 숲으로 뒤덮인 지역을 위한 거대 연대기로 사용될 수 있다. 유럽의 오크 나무들은 1만 2천년의 연대를 형성한다.
빙하들에 있는 매해 생기는 빙층(annual ice layers)도 그와 유사한 방식으로 역사를 추적할 수 있게 해준다. 매년 강설량이 계절마다 다르며 그로 인해 하나의 빙층이 형성된다. 나무의 나이테처럼, 이 방식은 계절에 대한 역사적 기록과의 비교를 통해 입증될 수 있으며 또한 빙하 위에 얇게 쌓이는 재층(dust layers)을 남기는 지구상의 화산분화에 대한 기록과의 비교를 통해서도 확인될 수 있다 과학자들은 빙하의 깊은 곳에 있는 빙핵까지 뚫었는데, 그린랜드에서 12만 3천년된 얼음을, 남극에서는 74만년 된 얼음을 발견했다.. 이러한 1년주기 층들은 1만년 이상까지 거슬러 올라 갈 수 있으며, 이는 젊은 지구론자들에 의해서도 지지되는 바이다. 즉, 지구는 최소한 74만년은 되어야 한다.
방사성 연대 결정법을 통해 보는 지구와 태양계의 나이
당신은 고등학교 시절 과학 수업 시간에 벽에 걸려있는 커다란 원소주기율표를 본 적이 있을 것이다. 그 주기율표는 우리 세계를 구성하는 원자의 종류를 보여준다. 그 주기율표에 있는 어느 원소는 동위원소라는 다른 종류로도 볼 수 있다. 일부 동위원소들은 불안정하며 시간이 지나며 이러한 동위원소들은 다른 원소의 동위원소로 “붕괴된다”(decay). 예를들면, 포타슘-40은 불안정하며 아르곤-40으로 붕괴된다. 시간이 지날수록 암석은 점점 더 아르곤 40을 많이 갖게 되며 또한 점점 더 포타슘 40을 상실하게 된다. 방사성 연대 결정법이 개연성이 있는 이유는, 이러한 붕괴는 잘 알려진 비율로 발생하기 때문이다. 이는 방사성 원소의 “반감기”(half-life)라 불린다. 그 반감기는 어느 한 원소가 다른 원소로 변화할 때 방사성 표본의 절반이 되는데 걸리는 시간을 말한다.
어떤 동위원소들은 몇분 혹은 몇 년 정도의 짧은 반감기를 갖지만, 포타슘-40의 반감기는 13억 년이다. 방사성 연대 결정법은 이런저런 방법을 통해서 주어진 표본에서 두 원소들의 초기 비율을 알아낼 것을 요구한다. 이같은 경우, 아르곤-40은 기체로서 용해된 암석에서 생성될 때 쉽게 끓고 날아가버린다. 그러나 암석이 굳어지면 모든 아르곤-40이 표본에서 추출되며, 포타슘-40이 그 시간 이후 얼마나 붕괴되었는지 우리에게 정확한 기록을 준다. 그러므로, 만약 우리가 포타슘-40과 아르곤-40이 동일한 암석을 발견한다면, 우리는 포타슘-40의 절반이 아르곤-40으로 붕괴되었으며, 그 암석은 13억년 전에 굳어졌음을 알 수 있다.
지표면에서 시간이 지나도 변하지 않는 암석을 찾기란 어렵다. 대부분의 오래된 암석들은 바람과 물에 의해 풍화/침식되며 대륙판에 의해 수몰된다. 신뢰할 만한 가장 오래된 암석 형성이 그린랜드에 있는데, 거기에서 몇몇 다른 등위원소들을 사용하여 36억년의 나이를 발견했다. 과학자들은 최근에 웨스턴오스트레일리아에서 발견된 지르콘 결정체(부식에 강하다)의 연대를 44억년으로 정했다.
풍화/침식되지 않은 가장 오래된 암석을 발견하기 위해 우리는 지구를 넘어서는 조사를 해야한다. 태양계로부터 온암석, 즉 운석들이 있는데, 그것들은 최근에 지구에 떨어졌으며 따라서 거의 풍화/침식에 영향을 받지 않았다. 그 운석들의 깨끗한 내부는 태양계의 초기에 형성된 그때로 거슬러 올라가 연대를 잡을 수 있는 나이를 제공한다. 거의 대부분의 운석들이 동일한 방사성 연대를 갖는데, 바로 45억 6천년이다. 따라서, 지구를 포함하여 태양계의 나이는 대략 45억 6천년이 정도라고 할 수 있다.
빛의 여행 시간을 통해보는 은하들의 나이
별들과 은하들의 나이, 그리고 전체 우주의 나이는 어떠한가? 이러한 나이들을 측정하는 한 가지 방법이 빛의 여행 시간을 재는 것이다. 빛은 믿을 수 없을 정도로 빨리 움직이는데, 1초에 30만 킬로미터, 혹은 18만 6천 마일을 움직인다. 지구 상에서, 빛이 이동하는데 걸리는 시간은 1초보다 훨씬 짧다. 그러나 우주에서는 그 거리가 너무도 거대하여 빛이 우리에게까지 도달하기 위해서는 어마어마한 시간이 필요할 정도이다, 태양에서 오는 빛은 8분 20초가 걸리지만, 다른 가장 가까운 별에서는 4년 3개월이 걸리며, 우리 은하의 중심에서 오는 빛은 8,500년이 걸린다. 이러한 시간 지연은 의미하는 바는, 우리는 바로 지금 존재하는 대상들을 보는 것이 아니며, 빛이 떠났을 때의 대상들을 본다는 것이다. 실제로 우주는 ‘타임머신’의 역할을 한다고 할 수 있는데, 우리는 멀리 떨어진 것을 관찰함으로써 단순히 과거들을 볼 수 있을 뿐이다.
빛의 여행 시간 계산은 간단하다. 당신은 빛의 속도를 알고 거리의 길이를 갖고 있기 때문이다. 빛의 속도는 지구 상에서의 경험으로 잘 알려져있으며, 각양의 천체 관측들은, 빛의 속도는 우주의 역사 이래로 변하지 않았음을 확증시켜준다. 그러나 천문학에서 거리의 측정은 보통 일이 아니다. 당신은 여기에서 은하계의 중심까지를 줄자로 잴 수 없다! 대신에 천문학자들은 거리를 결정하기 위해 기하학적 계산이나 밝기 측정 등, 다양한 연동 방법을 사용한다. 예를 들면, 어떤 은하들은 같은 종류의 다른 은하들보다 더 작고 희미하게 보이면서 그것들이 더 멀리 있음을 나타내준다.
우리 은하의 이웃인 안드로메다 은하는 230만 광년 떨어져있다. 즉, 우리는 230만년 전의 안드로메다 은하를 보고 있는 것이다. 그러나 안드로메다가 바로 우리의 거리상 이웃이다. 최근 수십년간, 천문학자들은 수십억 광년 떨어진 은하들을 발견했다. 만약 빛이 수십억 년에 걸려 우리에게 도달했다면, 우주는 그만큼 오래되어야 마땅하다. 이는 완전히 태양계의 방사성 연대로부터 독립된 방식이지만, 이 두 방법 모두 수천 년이 아닌 수십억 년의 나이를 가리킨다.
팽창을 통해 보는 우주의 나이
천문학자들은 은하들의 거리를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 은하들이 어떻게 움직이는지도 측정할 수 있다. 은하들은 우주 공간에서 정지해있는 것도 아니고 제멋대로 움직이는 것도 아니다. 일부 은하들은 그들의 이웃에게로 이동하는데, 이는 상호 중력에 이끌리기 때문이다. 그러나 우리가 보는 가장 큰 유형은 은하들이 서로 멀어지는 움직임이다. 이러한 움직임은 항상 같은 속도는 아니다. 오히려 멀어지고 있는 은하들은 점점 더 빠르게 이동하는 패턴을 따른다.
이러한 특수한 패턴은 우주가 팽창되고 있음을 가리킨다. 왜 그런지, 건포도 빵 한 덩어리를 생각해보자. 그 건포도들은 은하들과 같으며 밀가루 반죽은 우주의 공간의 구조와 같다. 반죽이 부풀어 오를수록, 그에 따라 건포도들을 이동시키며, 서로 멀어지게 한다. 그 빵의 반대편에서 시작한 건포도들은 반죽이 부풀어 오름에 따라 몇인치는 더 멀어질 것이다. 그러나 서로 가까운 거리에서 시작한 건포도들은 1인치의 반 정도만 멀어질 것이다. 즉, 그들의 움직임의 속도는 그들간의 간격에 비례한다. 동일한 방식으로, 우주가 팽창하는 동안 우주의 공간은 은하들을 멀어지게 한다.
천문학자들은 은하의 빛 스펙트럼을 관찰함으로써 은하의 움직임을 결정한다. 어느 한 은하가 공간 팽창으로 인해 멀어질 때, 그 은하의 빛 파동들은 뻗어나가며 보다 더 붉은 색을 보이게 한다. 이러한 은하의 색 변화는 적색편이(red shift)라 불리우며, 그것의 속도를 계산하는데 사용될 수 있다. 수많은 은하들을 측정함으로써 천문학자들은 정확하게 전체 우주의 팽창 비율을 측정할 수 있다.
우주의 나이는 팽창 “되감기”를 통해, 우주가 과거에는 어땠을지 상상함으로써 결정될 수 있다. 과거에, 그 은하들은 매우 근접했어야 하며, 그것들은 작은 지점에 함께 모여있었을 것이다. 만약 우리가 패창 비율이 시간이 지나도 변함이 없다고 가정한다면, 전체 우주의 나이는 100억년 정도일 것이다. 그러나 천문학자들은 지난 20년간 팽창 비율에 시간과 함께 어떻게 변하는지를 결정하기 위해 연구하고 있다. 현재 우리가 아는 것은, 우주에서 초기 팽창은 감속했으나, 지금은 가속하고 있다는 점이다. 팽창 비율에 있어서의 이러한 변화의 신중한 측정을 이용함으로써, 현재 우주의 나이는 거의 정확히 137억년(+/- 1억 3천년)으로 알려져 있다.
결론
수많은 서로 다르지만 상호보완적인 과학적 측정들은 우주와 지구의 나이가 수십억년이라는 더욱 분명한 확실성을 세웠다. 빙하의 층들은 1만년 이상의 역사를 보여주며, 방사성 연대 결정법은 지구가 45억년 전에 형성되었음을 확인시켜준다. 은하로부터 온 빛은 떠난지 수십억년이 지나서야 우리에게 도달한 것이며, 우주 팽창 비율은 우주의 나이를 137억년으로 잡게한다. 이러한 것들은 지구와 우주의 어마어마한 나이에 대한 일부 증거일 뿐이다. 보다 더 많은 자료를 보려면 아래를 참고하라.
더 읽을거리
Feuerbacher, Bjorn “Determining Distances to Astronomical Objects” Talk Origins 2003. Includes scientific responses to various young earth arguments against astronomical age; unlike many articles on Talk Origins, this article does not attack religion. (http://www.talkorigins.org/faqs/astronomy/distance.html)
Fraknoi, Andrew, Greenstein, George, Partridge, Bruce, and Percy, John. “An Ancient Universe: How Astronomers Know the Vast Scale of Cosmic Time”, American Astronomical Society and the Astronomical Society of the Pacific, 2004. Published by two societies of professional astronomers, this accessible article is respectful of religion and the religious views of many scientists.(http://aas.org/files/An_Ancient_Universe.pdf)
Ross, Hugh. “A Beginner’s and Expert’s Guide to the Big Bang” Reasons to Believe, 2000. While BioLogos and Reasons to Believe have differing views on some key issues, we share many beliefs and goals. This thoroughly-referenced article from a Christian PhD astronomer is a valuable resource on evidence for the Big Bang, although some of the details are out of date. (http://www.reasons.org/…/a-beginner-s-and-expert-s-guide-to…)
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Wiens, Roger C. 2002. Radiometric Dating: A Christian Perspective. This is a detailed but still highly readable account of radiometric dating, written by a well-qualified physicist who is also a professing Christian.(http://www.asa3.org/ASA/resources/Wiens.html) (http://www.asa3.org/ASA/resources/Wiens2002.pdf)
Wolgemuth, Ken and Davidson, Gregg. Solid Rock Lectures: Earth as God’s Creation. These Christian geologists frequently speak in churches on geologic evidence for age. (http://www.solidrocklectures.org/)
WMAP Science Team “Cosmology: The Study of the Unvierse” NASA’s Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, last modified June 6, 2011. This primer explains the basics of cosmology as well as the latest discoveries, many from the WMAP telescope (http://map.gsfc.nasa.gov/universe/WMAP_Universe.pdf)
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Young, Davis A. ”How Old Is It? How Do We Know? A Review of Dating Methods—Part Two: Radiometric Dating: Mineral, Isochron and Concordia Methods” Perspectives on Science and Christian Faith, Vol 59, No 1, p.28-36, March 2007. (http://www.asa3.org/ASA/PSCF/2007/PSCF3-07Young.pdf)
Young, Davis A. ”How Old Is It? How Do We Know? A Review of Dating Methods — Part Three: Thermochronometry, Cosmogenic Isotopes, and Theological Implications” Perspectives on Science and Christian Faith, Vol 59, No 2, p.136-142, June 2007. (http://www.asa3.org/ASA/PSCF/2007/PSCF6-07Young.pdf)