우주의 시작은 무엇이며, 언제 시작되었을까. 아직까지 명확하게 밝혀진 바는 없지만, 우주 기원 이론에 관한 가설은 많다. 그 중 가장 잘 알려져 있는 것이 바로 ‘빅뱅이론’이다. 소위 ‘대폭발 우주론’이라고 하는 우주 기원 이론에 관한 가설 중 하나이다.
우주의 최초기 상태에 엄청나게 높은 밀도와 높은 온도의 상태로부터 팽창함으로써 우주가 생겨났다는 이론을 뜻한다. 약 137억 년 전, 빅뱅이 있었다고 과학자들은 추측하고 있다. 빅뱅 이론을 처음으로 제안한 사람은 1920년대 러시아의 수학자인 프리드만과 벨기에의 신부 르메트르이다.
이후 1948년 프리드만의 제자인 러시아 출신의 미국 물리학자 조지 가모프(George Gamow)에 의하여 현재의 대폭발론으로 체계화 되었다. 가모프는 대폭발이 있었다면, 그 폭발의 시작에서 나온 복사빛이 우주 어디엔가 남아 있을 것이라고 생각하여, 폭발 때의 파편의 온도를 계산하였다.


“태초에 우주의 폭발이 있었다”


그리고 이 결과물들이 우주의 기원이 되는 대폭발에 관한 이론이 되었고, 이것이 바로 ‘빅뱅이론’의 초석이 되었다. 이후 1965년 미국 벨 연구소의 전파 천문학자인 펜지아스와 윌슨이 안테나의 마이크로 파 잡음을 제거하는 과정에서, 우주 공간으로부터 오는 전파 속에서 일반적으로 우주 배경 복사가 포함되어 있음을 밝혀냈다.
정상 우주론은 우주가 늘 같은 상태를 유지하고 있다는 이론을 말한다. 1948년 영국의 천문학자 F.호일이 H.본디, T.골드 등과 함께 주장한 가설 중 하나이다. 정상 우주론을 주장하는 이들에 따르면, 우주는 시간과 공간을 초월하여 언제 어디서나 같은 모습이다.
이 이론에 따르면 우주는 모든 곳에서 균일해야 하며, 거시적 규모에서 변화가 없어야 한다. 그래서 우주는 항상 팽창하되 지속적으로 새로운 물질이 탄생해서, 팽창에 의한 감소를 보충하게 되고 일정한 평균 밀도를 유지해야만 한다. 이러한 과정을 거치면서 우주는 진화하지 않고 항상 똑같은 모습을 지니게 된다는 것이다.
그러나 이 이론은 새로운 물질이 연속해서 탄생한다는 가정 때문에 물리학의 기본 법칙인 ‘질량과 에너지 보존법칙’으로 설명이 되지 않는다. 그래서 스티븐 호킹(Stephen W. Hawking) 박사는 정상우주론의 이러한 모순점을 지적하고, 우주가 대폭발로 시작되었다는 대폭발설을 주장했다.  
이후 1960년대에 들어 전파망원경을 이용한 우주 관측이 활기를 띄게 되면서 정상 우주론에 불리한 증거들이 속속 밝혀지게 되었다. 모든 은하계들이 오래되거나 새로 형성된 것이 없이, 비슷한 나이를 가지고 있다는 사실이 확인되었기 때문이다.
마침내 1965년 독일 태생의 미국 천체물리학자인 A.펜지어스(Arno Penzias)와 R.윌슨(Robert Wilson)이 우주배경복사를 발견하면서 정상 우주론은 마침내 종막을 고하게 됐다. 


“빅뱅 없이 우주가 무한팽창하고 있다”


일부에서는 빅뱅 없이 우주가 무한 팽창하고 있다는 이론을 주장하고 있다. 이 이론은 그간 물리학계에서 널리 받아들여지지 않았던 ‘레인보우 그래비티’ 이론을 말한다. 우주에서 중력의 영향은 다양한 빛의 파장에 의해 다르게 느껴진다고 제안하고 있다.
이때 파장에 따라 무지개처럼 보이기 때문에 ‘레인보우 그래비티’(Rainbow gravity) 라는 이름이 붙여지게 되었다. 이 이론은 10년 전, 일반상대성이론과 양자역학이론 사이의 차이점을 보완하기 위해 제안된 것이다.
이 이론은 기존 빅뱅이론에서 138억 년 전, 우주가 시작될 때 밀도가 무한해지는 지점인 특이점의 결함을 강조하는 데서 비롯되었다.
이집트 이론물리학센터의 아델 아와드 교수는 레인보우 그래비티 이론에서 에너지가 다른 입자는 확실히 서로 다른 시공간과 중력장에 나타난다고 주장하였다. 이는 입자가 자신의 에너지 영향을 받지않고 경로를 따라 이동한다는 현재의 이론을 반박하는 것이었다.
연구팀은 레인보우 그래비티 이론은 기존 이론과 약간 다른 해석을 기반으로 하며, 우주의 기원에 관한 2가지 시나리오를 제안한다고 밝혔다. 첫 번째 제안은 우주는 밀집돼 밀도가 무한해지긴 하지만 결코 대폭발에 도달하지 않았다는 것이고, 두 번째 제안은 우주는 한정된 초고밀도에 도달했으며 그런 다음 안정기에 들어섰다는 것이다.
우주에서 물질과 빛의 경로를 추적하는 두 시나리오에 따르면, 빅뱅으로 알고 있는 무한히 작은 특이점에 도달할 필요가 없다는 것이 연구팀의 생각이다. 연구팀은 추후 몇 년간, 레인보우 그래비티의 영향을 보여주는 감마선 버스트와 같은 다른 우주 현상을 연구할 계획을 ‘우주론과 입자물리학회지’(Journal of Cosmology and Astroparticle physics)를 통해 밝혔다.
정상 우주론을 거쳐, 빅뱅 이론과 레인보우 그래비티 이론까지 우주의 기원에 대한 이론은 많이 존재하고 있다. 그러나 현재까지는 빅뱅 이론이 우주의 생성을 설명할 수 있는 가장 적합한 모형으로 알려져 있다.