특이점의 팽창과 미궁, 다중우주

728x90

 

"우주는 풍선과 같다"는 말이 있는데, 이는 바람을 불면 팽창을 하다가 터지지 않는 이상 수축하는 풍선의 특성에 빗댄 말이다. 특이점의 팽창·수축의 개념은 우주의 기원과 진화에 대한 과학적 모델인 빅뱅이론과 관련이 있다. 빅뱅이론(big bang theory)에 따르면, 우주는 무한한 밀도와 온도의 점인 특이점으로 시작되었고 그 특이점은 빅뱅으로 알려진 급속한 팽창을 하고 있다. 그리고 이것이 오늘날 우리가 알고 있는 우주의 형성의 결과를 가져왔다고 말한다. 우주에 대한 분야와 이론은 워낙 방대한 바, 오늘은 특이점과 다중우주에 대해서 간단히 살펴보자.

우주 형성 개념도 [출처:노벨상위원회]

특이점의 확장

특이점(singularity)의 확대는 우주가 팽창하고 있다는 생각을 말하는데, 이는 시간이 지남에 따라 우주 안의 물체들 사이의 거리가 멀어지고 있다는 것을 의미한다. 이는 멀리 떨어진 은하에서 나오는 빛의 적색편이 관측에 의해 뒷받침되며, 은하들이 점점 더 빠른 속도로 우리로부터 멀어지고 있음을 나타낸다. 그리고 그 팽창을 가속화시키는 원동력으로는 우주에 스며든 신비로운 힘인 암흑에너지에 의해 추진되는 것으로 추측된다.

우주론에서 빅뱅이론을 보완해주는 가장 타당한 설명으로는 인플레이션 이론이 있는데, 현재로서는 빅뱅 이후에 인플레이션이 있었다는 것에 대해서 큰 반론은 없다. 인플레이션 이론은 빅뱅이론처럼 우주가 팽창은 하지만, 아주 짧은 시간에 엄청나게 커졌다고 보는 점에서 차이가 있다. 우주는 갑자기 너무 빨리 커져서 빛의 속도보다 빠르게 커졌는데, 우주는 물질이 아닌 공간이라는 점에서 상대성이론에 적용되지 않는다. 급하게 커진 우주에 비해 빛은 우주의 아주 작은 부분에만 이동했기에, 우리가 볼 수 있는 우주는 전체 우주의 미세한 부분일 것이다. 그렇다면 보이지 않은 저쪽의 세계에는 다른 우주들도 다중으로 존재할 수도 있다.

특이점의 수축

빅크런치(Big Crunch) 이론은 우주의 팽창과는 반대개념이다. 그것은 우주가 결국 팽창하는 것을 멈추고 대신 수축하기 시작할 것이며, 결국 우주가 다시 특이점으로 돌아가 붕괴될 것임을 설명한다. 이 이론은 중력의 힘이 결국 우주의 팽창을 극복하여 우주를 수축시킬 것이라는 생각에 기초하고 있으나, 몇 가지 이유가 빅크런치 이론의 가능성은 낮게 만든다. 최근의 관측들은 우주의 팽창이 실제로 가속화되고 있다는 것을 증명하고 있으며, 팽창을 가속화시키는 암흑에너지가 계속해서 우주를 지배한다면 빅크런치가 발생할 일은 없을 것으로 예상한다. 그리고 빅크런치 이론에는 우주가 닫힌 시스템(closed system)이라는 가정이 있는데, 이는 우주의 기하학이 결국 자체적으로 되돌아가는 방식으로 구부러져 있음을 의미한다. 그러나 최근 관측에 따르면 우주의 기하학은 실제로 평평하며 이는 우주가 영원히 계속 팽창할 것임을 암시한다.

 

다중우주의 2가지 이론

 

다중우주론(multivers)은 현재 우리가 살고 있는 우주 외에도 또 다른 우주가 존재한다는 이론이다.

이론 1) 거품우주 (Bubble universe)

우리의 우주가 더 큰 다중우주 안에 존재하는 수 많은 거품들 중 하나일 수도 있다는 것을 암시하는 이론적 개념이다. 우주가 계속 팽창을 한다고 하면 우주에 있는 물질들은 점점 멀어지게 되고 어느 지점에서는 아무것도 존재하지 않는 텅 빈 공간이 존재할 수도 있을 것이다. 하지만 이 빈 공간을 확대해서 보면, 물질과 반물질이 생성과 소멸을 끊임없이 반복하는 양자요동(quantum fluctuation)을 하고 있다. 마치 거품이 끓는 것처럼 양자요동이 계속되다가, 인플레이션으로 인해 균형이 어긋나서 물질이 생겨나면 또 다른 빅뱅이 이뤄지면서 또 하나의 우주가 생겨난다. 그리고 이 우주는 또 다른 독립된 우주로 팽창을 계속해 나간다는 것이다. 거품우주 개념은 평행우주 개념과 유사하지만, 각각의 거품우주는 다중우주에서 그들과 함께 존재하지 않고 완전히 분리되고 다른 모든 것들과 구별된다는 중요한 차이가 있다.

이론 2) 평행우주 (Parallel universe)

우리가 살고 있는 우주는 각각 고유한 특성, 물리법칙, 그리고 심지어 우리 자신에 대한 다른 버전을 가진 많은 평행우주들 중 하나일 수도 있다고 한다. 평행우주의 여러 유형 중에 양자역학(quantum mechanics) 다세계 해석이 있는데, 이는 양자 측정의 모든 가능한 결과들이 수많은 평행우주들 속에서 발생한다고 주장이다. 양자역학은 소립자가 우리가 관측하지 않을 때는 물결과 같은 파동으로 존재하다가, 우리가 관측하기 시작하면 파동이 붕괴되면서 하나의 상태인 입자가 된다는 내용이다. 양자 측정의 모든 가능한 결과는 파동으로 되어 있지만, 우리 자신이 선택한 하나의 입자가 우리가 살고 있는 우주라는 것이다. 평행우주에 대한 개념은 여전히 매우 추측적이고 이론적이며, 현재 그 존재를 뒷받침할 만한 경험적 증거는 없다.

평행우주는 어렵고 추상적인 개념이지만, 영화적 상상력을 통해 이미 우리에게 소개된 적이 있다. 2022년 10월 양자경이 주연한 영화 「에브리씽 에브리웨어 올 앳 원스 : Everything Everywhere All at Once」가 개봉하였는데, 영화 전반에서 평행우주 개념을 다루고 있다. 영화 중반에 주인공은 이 우주 뿐만이 아니라 다중우주가 존재하며 수천 명의 똑같은 자신들이 각각 다르게 살고 있다는 것도 알게 되고, 자신과 똑같은 모습이지만 각각 다르게 살고 있는 평행우주의 또 다른 나의 정신들을 이 우주에 불러오며 악당들과 싸운다. 2001년 이연걸이 주연한 영화 「더 원 : The One」도 평행우주의 개념을 다루는데, 이 영화는 125개의 평행우주에서 자신의 유일한 버전이 되기를 원하는 주인공이 있다. 주인공은 자신의 자아들을 모두 사냥하고 죽이면서 그들의 생명 에너지를 흡수하고 더 강력해진다. 그러나 이런 주인공의 행동은 멀티버스의 구조를 불안정하게 만들고 재앙적인 사건을 일으키고 수많은 사람들의 생명을 위험에 빠뜨리기 시작한다. 두 버전의 주인공이 서로 다른 평행우주를 넘나들며 싸우면서, 영화는 멀티버스의 개념과 우리가 내리는 모든 결정이 다른 결과를 가진 새로운 평행우주를 만든다는 개념을 소개한다.

 

인간은 아직도 우주에 대해 이해하지 못하는 것이 많음에도 불구하고, 우주와 그 특성을 계속 연구하는 것은 여러 가지 이유로 중요하다. 우주의 진화 과정, 과학과 철학의 이해 및 생명의 기원 등을 알아내는 것이 인류의 과제이기도 하지만, 역으로 우주의 연구가 인류에 대한 이해와 우주 속에서의 인류의 위치를 더 깊이 고찰하게 해줄 것이다. 그래서 일반인들의 시각에서는 우주이론의 이해가 어렵더라도 우주에 대한 관심을 꾸준히 보이는거 아닐까.