페르미 역설 (Fermi paradox)

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Cosmic_Silence

우리는 왜 아무도 만나지 못했을까: 페르미의 한마디가 인류의 미래를 묻기까지

1950년 여름, 네 명의 물리학자가 점심을 먹다가 웃음을 터뜨렸습니다. 농담처럼 던진 한 문장은 75년이 지나도록 끝나지 않는 질문이 됐죠.

미국 뉴멕시코주 로스앨러모스. 엔리코 페르미와 에드워드 텔러, 에밀 코노핀스키, 허버트 요크는 풀러 로지로 점심을 먹으러 가고 있었습니다. 대화에는 당시 신문을 떠들썩하게 하던 비행접시 이야기도 섞였습니다. 코노핀스키는 뉴욕 거리에서 사라진 쓰레기통을 작은 외계인들이 비행접시에 싣는 뉴요커 만화를 떠올렸습니다. 페르미는 비행접시 목격담과 쓰레기통 실종을 한꺼번에 설명하니 제법 훌륭한 이론이라는 식으로 농담을 했습니다.1

식탁에 앉고 나서는 다른 이야기가 오갔습니다. 그러다 페르미가 불쑥 물었습니다.

“그런데 모두 어디에 있지?”

세 사람은 웃었습니다. 외계인이라는 말을 꺼내지도 않았는데 페르미가 누구를 가리키는지 모두 알아들었기 때문입니다. 요크가 훗날 기억한 바로는 페르미가 지구와 비슷한 행성이 얼마나 있을지, 생명이 나타날 가능성은 얼마나 될지, 기술 문명은 얼마나 오래 지속될지를 빠르게 따져보기도 했습니다. 다만 당시 대화에 대한 세 사람의 기억은 세부에서 조금씩 달랐습니다. 페르미 자신도 외계 문명의 부재를 논문으로 정리한 적이 없습니다.2

페르미가 남긴 것은 결론보다 불편한 간격이었습니다. 별은 너무 많습니다. 은하는 너무 오래됐습니다. 지구보다 먼저 생긴 행성도 셀 수 없이 많을 겁니다. 그런데 밤하늘에서는 아무 목소리도 들리지 않습니다.

가능성이 그렇게 많다면, 침묵은 왜 이렇게 완벽해 보일까요.

65만 년이라는 숫자

페르미가 던진 질문이 지금 우리가 아는 형태의 ‘페르미 역설’로 바뀐 데에는 25년이 더 걸렸습니다.

1975년 천체물리학자 마이클 하트는 Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society에 「지구에 외계인이 없는 이유에 대한 설명」을 발표했습니다. 하트는 논문의 출발점을 ‘Fact A’라고 불렀습니다. 지금 지구에는 외계에서 온 지적 존재가 정착해 있지 않다는 관찰이었습니다. 하트는 문명 하나라도 충분히 일찍 성간 항해를 시작했다면 주변 별에 정착하고, 정착지가 다시 다음 별로 나아가는 과정이 반복될 것이라고 봤습니다.3

숫자는 도발적이었습니다. 우주선이 광속의 10% 정도로 이동하고 도착한 문명이 곧 다음 항해를 시작한다면 은하 대부분을 건너는 데 약 65만 년이면 된다는 계산이었습니다. 새로운 정착지가 다음 우주선을 준비하는 시간까지 넉넉히 잡아도 대략 200만 년. 태양계 나이 46억 년에 비하면 거의 찰나에 가깝습니다.4

하트가 만든 논리에는 섬뜩할 만큼 간단한 힘이 있었습니다.

외계 문명이 있다면 누군가는 오래전에 은하를 돌아다녔을 것이다. 그런데 지구에는 아무도 없다. 그렇다면 다른 기술 문명이 존재하지 않는다는 설명을 진지하게 받아들여야 한다.

1980년 수리물리학자 프랭크 티플러는 사람 대신 기계를 넣었습니다. 생물학적 정착민은 먹고 자야 하고 새로운 환경에 적응해야 합니다. 자가 복제 우주 탐사선이라면 조건이 달라집니다. 한 탐사선이 다른 항성계에서 자원을 채취해 여러 탐사선을 만들고, 복제된 탐사선이 다시 주변 별로 퍼진다면 확산 속도는 훨씬 빨라질 수 있습니다. 티플러는 그런 탐사선조차 태양계에서 발견되지 않는다는 사실을 외계 지적 문명에 대한 강한 반론으로 사용했습니다.5

문제는 우주선 속도가 아니었습니다.

외계 문명이 정말 그렇게 행동할 것인가.

하트와 티플러는 물리적 가능성에서 사회적 필연성으로 건너갔습니다. 성간 이동이 가능하다는 사실과 모든 문명이 팽창한다는 명제는 같은 말이 아닙니다. 팽창을 시작했더라도 수백만 년 동안 정책과 인구 증가율, 자원 이용 방식이 유지된다는 보장도 없습니다.

윌리엄 뉴먼과 칼 세이건은 1981년 바로 그 틈을 파고들었습니다. 두 사람은 항성 간 이동을 단순한 정복 행렬이 아니라 인구 생물학에서 다루는 확산 문제로 모델링했습니다. 행성마다 수용할 수 있는 인구가 있고, 인구 증가에는 한계가 있으며, 이주도 인구 밀도와 환경에 따라 달라진다고 놓았습니다. 조건을 바꾸자 은하를 메우는 시간도 크게 달라졌습니다. 특히 인구가 거의 증가하지 않는 문명이라면 빠른 은하 정착이라는 그림 자체가 무너질 수 있었습니다.6

뉴먼과 세이건이 외계인이 반드시 존재한다고 증명한 것은 아닙니다. 하트가 외계인이 없다고 증명한 것도 아니었죠. 양쪽이 부딪친 지점은 오히려 인간이 얼마나 쉽게 자신의 행동 방식을 우주 전체에 투영하는지를 보여줬습니다.

한 문명은 팽창할 수도 있습니다. 멈출 수도 있습니다. 기계를 보낼 수도 있고 전파만 보낼 수도 있습니다. 우리가 인식하지 못하는 방식으로 흔적을 남길 수도 있죠.

페르미 역설에는 처음부터 천문학만큼이나 ‘문명이란 무엇인가’라는 질문이 들어 있었습니다.

답을 계산하려고 만든 식이 아니었다

시간을 다시 1961년으로 돌려보겠습니다.

프랭크 드레이크는 미국 웨스트버지니아주 그린뱅크에서 외계 지성 탐사를 논의할 작은 회의를 준비하고 있었습니다. 1년 전 드레이크는 전파망원경을 두 가까운 별에 겨누고 인공적인 전파 신호를 찾는 프로젝트 오즈마를 진행했습니다. 결정적인 신호는 나오지 않았지만 ‘어디를 어떻게 찾아야 하는가’라는 연구 문제가 생겼습니다.

회의에는 천문학, 생물학, 화학, 공학을 공부한 사람들이 모였습니다. 드레이크에게는 서로 다른 분야를 한 테이블에 앉혀놓고 대화를 이어갈 순서가 필요했습니다.

그래서 식 하나를 만들었습니다.

N = R* × fp × ne × fl × fi × fc × L

은하에서 별이 만들어지는 속도, 행성을 가진 별 비율, 생명이 살 만한 행성 수, 실제 생명이 나타날 확률, 지능이 진화할 확률, 탐지 가능한 기술을 만드는 비율, 그런 문명이 유지되는 기간을 차례대로 곱합니다. 결과인 N은 현재 우리 은하에서 탐지하거나 교신할 가능성이 있는 기술 문명 수를 뜻합니다.7

드레이크 방정식은 종종 외계인 숫자를 계산하는 공식처럼 소개됩니다. 출발은 조금 달랐습니다. 드레이크는 회의에서 무엇을 하나씩 논의해야 하는지 보여주는 의제로 식을 만들었습니다. 변수 하나가 사실상 연구 분야 하나였던 셈입니다.

60여 년이 흐르면서 앞쪽 변수에는 실제 데이터가 쌓였습니다. 1961년에는 다른 별에 행성이 흔한지조차 알 수 없었습니다. 지금은 상황이 정반대입니다. NASA는 관측 결과를 바탕으로 사실상 거의 모든 별에 행성이 있을 것으로 보고 있습니다. 케플러 자료를 분석한 2020년 연구에서는 태양과 온도가 비슷한 별 가운데 상당수가 액체 상태 물이 존재할 조건을 갖춘 암석형 행성을 가질 수 있으며, 우리 은하에 그런 잠재적 거주 가능 행성이 최소 수억 개 규모일 수 있다는 추정도 나왔습니다.8

흥미로운 변화입니다. 행성이 드물어서 외계 문명을 만나지 못한다는 설명은 과거보다 힘이 약해졌습니다.

대신 불확실성이 방정식 뒤쪽으로 밀렸습니다.

생명이 얼마나 쉽게 시작되는지는 모릅니다. 생명이 생겼을 때 복잡한 세포와 다세포 생물, 높은 지능으로 이어질 확률도 모릅니다. 지능을 가진 종이 반드시 전파망원경을 만들 이유도 없습니다. 기술을 만들었다 해도 탐지 가능한 흔적을 몇 년이나 남길지는 더 알기 어렵습니다.

특히 마지막 항 L은 이상한 숫자입니다. 별과 행성을 세는 천문학 문제로 시작한 방정식이 마지막에는 문명이 얼마나 오래 살아남는지를 묻기 때문입니다.

100년 동안 신호를 내보내는 문명과 100만 년 동안 존재하는 문명은 발견될 가능성이 완전히 다릅니다.

드레이크가 칠판에 적은 마지막 글자는 어느 순간 우주보다 우리 자신을 향하게 됩니다.

논쟁이 예산이 되는 순간

외계 문명 논쟁은 학술지에만 머물지 않았습니다.

1970년대 NASA는 SETI 연구를 조금씩 지원하기 시작했습니다. 천문학자 질 타터를 비롯한 연구자들은 전파에서 인공적인 패턴을 찾아내는 장비와 알고리즘을 개발했습니다. 동시에 회의론도 커졌습니다. 티플러처럼 공존하는 기술 문명 수가 극히 적다고 보는 과학자들이 있었고, 의회에서는 더 노골적인 질문이 나왔습니다.

“외계인을 찾는 데 세금을 써야 하는가?”

윌리엄 프록스마이어 상원의원은 1978년 SETI 연구에 ‘골든 플리스 어워드’를 주며 세금 낭비라고 조롱했습니다. 1981년에는 다음 회계연도 SETI 예산을 없애는 수정안을 냈습니다. NASA 연구자들은 종료 계획까지 준비해야 했습니다. 하지만 칼 세이건을 비롯한 과학자들이 프록스마이어를 설득했고, 1983년 예산은 다시 살아났습니다.9

1992년 NASA는 마침내 대규모 고해상도 마이크로파 탐사 프로그램을 시작했습니다. 오래 준비한 프로젝트였습니다.

1년도 채 지나지 않아 다시 끝났습니다.

1993년 리처드 브라이언 상원의원은 NASA SETI 예산 폐지를 추진했습니다. NASA 감사 자료에 남은 당시 의회 기록을 보면 브라이언은 다른 예산 우선순위와 의회가 이미 프로그램을 승인하지 않았다는 문제를 강조했습니다. 의회는 결국 지원을 철회했고, 남은 돈은 프로그램 종료 비용으로 제한했습니다.10

여기서는 구분할 필요가 있습니다. 하트와 티플러의 주장이 1981년과 1993년 예산 삭감을 직접 일으켰다고 단정하기는 어렵습니다. NASA 역사 기록은 SETI 회의론이 당시 학계에 존재했다고 보여주지만, 실제 예산 중단 과정에는 정치적 우선순위, 프로그램 효용을 둘러싼 인식, 의회와 NASA 사이 갈등이 함께 작용했습니다.

논쟁은 중요한 흔적을 남겼습니다. 외계 문명이 없다는 이론은 단순한 철학 문제가 아니었습니다. 찾아볼 가치가 있느냐를 결정하는 근거로도 사용될 수 있었죠.

반대로 SETI 연구자들은 정반대 태도를 취했습니다. 문명이 몇 개인지 계산만 해서는 알 수 없다. 망원경을 실제로 켜봐야 한다.

두 입장은 지금도 부딪칩니다.

가장 불길한 위치

1998년 경제학자 로빈 핸슨은 침묵을 다른 방향에서 바라봤습니다.

지구와 비슷한 출발점을 가진 행성이 우주에 어마어마하게 많다고 가정해보겠습니다. 그런데 오래 지속되며 우주로 퍼져나간 문명은 하나도 보이지 않습니다. 그렇다면 죽은 물질이 우주 규모로 확장하는 지속적인 생명으로 바뀌는 긴 과정 어딘가에 통과하기 극도로 어려운 단계가 있어야 하지 않을까.

핸슨은 그 장벽을 ‘대여과기(Great Filter)’라고 불렀습니다.11

여과기는 하나일 필요도 없습니다. 무생물에서 최초 생명이 생기는 과정일 수 있습니다. 단순한 세포가 복잡한 세포로 바뀌는 단계일 수도 있고, 다세포 생물이나 지능, 기술 문명의 출현일 수도 있습니다.

인류에게 중요한 질문은 여과기가 존재하느냐보다 어디에 있느냐입니다.

가장 어려운 단계가 이미 지나갔다면 우주의 침묵은 외롭지만 나쁘지만은 않습니다. 생명 탄생이나 복잡한 생명으로 넘어가는 과정이 상상 이상으로 희귀했으며 인류가 극도로 낮은 확률을 통과한 사례일 수 있기 때문입니다.

상황이 뒤집히는 순간은 여과기가 아직 앞에 있을 때입니다.

생명도 흔하고, 지능도 흔하고, 기술 문명도 자주 나타난다고 가정해보겠습니다. 그런데 수십억 년 동안 은하 전체에 흔적을 남길 만큼 오래 버틴 문명은 하나도 관측되지 않았습니다. 그렇다면 기술 문명이 일정 단계 뒤에서 반복적으로 막히는 이유를 찾아야 합니다.

전쟁일 수도 있습니다. 환경 파괴일 수도 있습니다. 통제하기 어려운 새로운 기술일 수도 있습니다. 무엇인지 현재로서는 알 수 없습니다. 대여과기는 관측으로 확인된 자연법칙이 아니라 여러 가정 위에 세운 추론입니다. 특히 ‘오래 살아남은 문명은 결국 우주로 확장해 우리가 볼 수 있는 흔적을 남긴다’는 전제가 틀리면 결론도 달라집니다.

그래도 질문은 사라지지 않습니다.

아무도 보이지 않는 이유가 모두 죽었기 때문이라면, 인류는 아직 무엇을 만나지 않은 걸까요.

철학자 닉 보스트롬은 2008년 대여과기 논리를 화성에 적용했습니다. 보스트롬은 화성 탐사선이 독립적으로 발생한 생명 흔적을 발견하지 않기를 바란다고 썼습니다. 과학적으로는 엄청난 발견이겠지만 인류 미래를 생각하면 불길한 정보가 될 수 있다는 설명이었습니다.12

논리는 이렇습니다. 지구 바로 옆 행성에서도 생명이 독립적으로 태어났다면 생명 탄생 자체는 생각보다 쉬울 가능성이 커집니다. 복잡한 생명까지 발견된다면 더 많은 초기 관문이 쉬웠다는 증거가 됩니다. 관문이 뒤쪽으로 밀릴수록 아직 인류가 지나지 않은 단계에 큰 장애물이 있을 가능성을 더 진지하게 고려해야 합니다.

물론 화성에서 미생물 하나가 발견됐다고 ‘인류의 멸망이 가까워졌다’고 결론 내릴 수는 없습니다. 화성과 지구 생명이 정말 독립적으로 시작됐는지부터 확인해야 합니다. 생명 발생 확률과 문명 생존 확률에 어떤 사전 가정을 두느냐에 따라서도 해석이 달라집니다. 보스트롬이 제시한 것은 예언이라기보다 관측 하나가 우주관뿐 아니라 인류 미래에 대한 확률 판단까지 바꿀 수 있다는 사고실험에 가깝습니다.

침묵은 아직 답이 아니다

밤하늘은 지금도 조용합니다.

하지만 ‘아무도 발견하지 못했다’와 ‘아무도 없다’는 문장은 다릅니다.

SETI 연구가 지금까지 조사한 주파수, 방향, 시간, 신호 세기 조합은 가능한 탐색 공간 전체에 비하면 제한적입니다. SETI Institute 역시 현재까지 신호를 발견하지 못했다는 사실이 외계 문명의 부재를 뜻하지는 않으며, 하늘을 충분히 보지 않았거나 신호 감도가 부족했거나 적절하지 않은 주파수를 찾고 있을 가능성을 남겨둡니다.13

반대로 외계 행성이 예상보다 흔하다는 발견은 페르미가 던진 질문을 약하게 만들지도 않았습니다. 오히려 더 선명하게 만들었습니다. 1961년에는 행성 자체가 추측이었습니다. 지금은 별 주변에서 행성을 찾는 일이 특별하지 않습니다.

질문이 하나씩 뒤로 밀린 겁니다.

행성은 흔한데 생명은 얼마나 흔한가. 생명이 흔하다면 지능은 얼마나 흔한가. 지능이 흔하다면 기술은 얼마나 자주 생기는가. 기술 문명이 생긴다면 왜 아직 아무 흔적도 보이지 않는가.

그리고 마지막에는 드레이크 방정식 맨 끝에 놓인 글자 하나가 남습니다.

L.

문명이 얼마나 오래 지속되는가.

1950년 풀러 로지 식탁에서 페르미는 외계인이 어디에 있느냐고 물었습니다. 하트는 아무도 오지 않았다는 사실을 보라고 했고, 티플러는 기계조차 보이지 않는다고 밀어붙였습니다. 드레이크는 답을 추측하기보다 질문을 일곱 조각으로 나눴습니다. 핸슨은 침묵 속에서 보이지 않는 장벽을 찾았습니다.

75년이 지난 지금도 외계 문명의 존재 여부는 모릅니다.

다만 페르미의 질문을 오래 붙잡고 있으면 문장 속 주어가 조금씩 바뀝니다.

“그들은 어디에 있는가?”라고 시작했던 질문은 어느 순간 이렇게 들립니다.

“우리는 얼마나 오래 여기 있을 수 있는가?”

주석

  1. Eric M. Jones, “Where Is Everybody?” An Account of Fermi’s Question, LA-10311-MS (Los Alamos, NM: Los Alamos National Laboratory, 1985), 1–3, https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc1096088/. ↩
  2. Jones, “Where Is Everybody?”, 2–3; Robert H. Gray, “The Fermi Paradox Is Neither Fermi’s Nor a Paradox,” Astrobiology 15, no. 3 (2015): 195–199, https://arxiv.org/abs/1605.09187. ↩
  3. Michael H. Hart, “An Explanation for the Absence of Extraterrestrials on Earth,” Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 16 (1975): 128–135. ↩
  4. Hart, “Explanation for the Absence,” 133. ↩
  5. Frank J. Tipler, “Extraterrestrial Intelligent Beings Do Not Exist,” Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 21 (1980): 267–281. ↩
  6. William I. Newman and Carl Sagan, “Galactic Civilizations: Population Dynamics and Interstellar Diffusion,” Icarus 46, no. 3 (June 1981): 293–327, https://doi.org/10.1016/0019-1035(81)90135-4. ↩
  7. Frank D. Drake, “The Radio Search for Intelligent Extraterrestrial Life,” in Current Aspects of Exobiology, ed. G. Mamikunian and M. H. Briggs (New York: Pergamon Press, 1965), 323–345; Seth Shostak, “Drake Equation,” SETI Institute, updated July 2021, https://www.seti.org/research/seti-101/drake-equation/. ↩
  8. NASA Science, “About Half of Sun-Like Stars Could Host Rocky, Potentially Habitable Planets,” October 29, 2020, https://science.nasa.gov/universe/exoplanets/about-half-of-sun-like-stars-could-host-rocky-potentially-habitable-planets/; NASA Science, “Where Are Exoplanets?,” last updated October 29, 2024, https://science.nasa.gov/exoplanets/where-are-exoplanets/. ↩
  9. Stephen J. Garber, “A Political History of NASA’s SETI Program,” in Archaeology, Anthropology, and Interstellar Communication, ed. Douglas A. Vakoch, NASA SP-2013-4413 (Washington, DC: National Aeronautics and Space Administration, 2014), 26–27. ↩
  10. National Aeronautics and Space Administration, Office of Inspector General, ARC Support of SETI’s High Resolution Microwave Survey Program, Audit Report IG-97-027 (Washington, DC: NASA, June 30, 1997); Garber, “Political History of NASA’s SETI Program,” 39–40. ↩
  11. Robin Hanson, “The Great Filter—Are We Almost Past It?,” September 15, 1998, https://hanson.gmu.edu/greatfilter.html. ↩
  12. Nick Bostrom, “Where Are They? Why I Hope the Search for Extraterrestrial Life Finds Nothing,” MIT Technology Review, May/June 2008, 72–77, https://nickbostrom.com/papers/where-are-they/. ↩
  13. SETI Institute, “A Primer on SETI at the SETI Institute,” accessed August 20, 2026, https://www.seti.org/research/seti-101/a-primer-on-seti-at-the-seti-institute/. ↩

참고문헌