지식보관소_ 우주(시공간) 밖은 어떻게 생겼을까?

 

 

여러분이 궁금해하는 건

물리적으로만 관측이 가능한 이런 우주 밖에 대한 것이 아니라

물리적으로 관측이 불가능해도

이런 모든 물질들이 있을 수 있는 우주 공간

그 자체의 끝이 존재하는지와

그 끝이 존재한다면 끝이 밖으로 나가면

어떻게 생겼는지 궁금하실 겁니다.

 

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다들 아마 어렸을 때

“만약 우주의 끝까지 가면 대체 어떻게 생겼을까?”라는 생각을

한 번씩은 해보셨을 것이라고 생각합니다.

 

그리고 여전히 자기 전에 누워서

이런 생각을 하시는 분도 계실 거고요.

 

물론 이 얘기를 듣고

“아닌데 나는 그런 생각 해본 적이 없는데 ”라고 얘기하시는 분들도 분명히 있겠지만

그분들은 이제 늙었다는 증거.

 

아무튼 현재까지 밝혀진 옵저버블 유니버스(관측 가능우주)의 크기는

약 138억 광년에 달할 정도로

상상하기 힘든 매우 어마어마한 크기이기 때문에

이 우주의 밖에는 뭐가 있을지 상상해 보는 건

상당히 재미있는 일입니다.

 

그런데 사실 옵저버블 유니버스 밖을 추측하는 건

과학적으로도 실제로 하고 있는 일인데

현재는 관측 가능한 우주 밖에 있는 세상을

[멀티 유니버스]라고 부르고 있습니다.

 

사실 현재까지 밝혀진 인플레이션 다중우주론에 의하면

멀티 유니버스는

추측이 아니라 당연히 존재할 수밖에 없습니다.

 

왜냐하면 우리가 우주를 바라볼 수 있는 유일한 수단인 빛이

유한한 속도를 지니기 때문인데,

빛은 약 30만 km/s의 속도를 지니기 때문에

138억 년 전에 우주가 생겨났다면

우리는 우주가 생겨나고 138억 광년 거리까지 밖에 관측을 할 수가 없습니다.

 

하지만 인플레이션 우주론에 의하면

현재 우주의 배경 복사는

우주의 시작인 빅뱅 이후에

우주의 팽창 속도가 빛의 속도보다 빨랐다고 밖에 볼 수 없는 형태를 가지고 있기 때문이죠.

 

만약 정말 우주가 138억 년 전에 생겨났고

태양계로부터 천억 광년 떨어진 곳에 은하계가 존재하고

거기에도 생명이 존재한다면

그 생명들과 우리는

우주에 존재하는 물리법칙으로는

절대로 서로를 확인할 수 없는 물리적 상황에 처해 있는 것이고

그들이 살고 있는 우주 세계와 우리의 우주 세계는

물리적 거리의 한계로

옵저버블 유니버스를 벗어나는

서로 다른 다중우주에 살고 있는 셈입니다.

이게 바로 인플레이션 다중우주입니다.

 

그런데 사실 저는 알고 있습니다.

여러분이 궁금해하는 건

물리적으로만 관측이 가능한 이런 우주 밖에 대한 것이 아니라

물리적으로 관측이 불가능해도

이런 모든 물질들이 있을 수 있는 우주공간

그 자체의 끝이 존재하는지와

그 끝 밖으로 나가면

그 밖이 대체 어떻게 생겼는지 궁금하실 겁니다.

 

그래서 여러분이 궁금해하는 우주공간 밖에 나가면 어떤 모습일지

지금 영상으로 알려드리겠습니다.

 

바로 이렇게 생겼습니다.

 

 

사실 농담이고

결국 우주 밖이 어떤지 알려고 하면

공간이라는 것은 무엇인지에 대해서 이해해야 합니다.

 

공간이라는 것은

결국 아인슈타인의 상대성 이론에 의해서

시간 플러스 공간으로

시간과 절대로 분리할 수 없는 개념이라는 것이

이미 확인이 되었습니다.

 

공간 그 자체가 존재하기 때문에

시간이 존재할 수 있다는 것이므로

여러분들이 궁금해하는

‘우주공간 밖으로 나가게 되면 무엇이 있을까?’에 대해서는

결국 공간뿐 아니라 시간이 존재하지 않는 곳으로 이동해 보고 싶다는 것과

완전히 동일합니다.

 

이동이라는 개념은

결국 시간당 얼마만큼의 공간상의 변화가 생기냐에 대한 것이므로

우주 공간 밖으로 이동해 보고 싶다는 말은

애초에 논리적으로 모순이 되게 됩니다.

 

그럼에도 불구하고

우주의 끝에 있는 경계 근처의 모습을 알고자 하는 시도는

계속되고 있습니다.

우리은하보다 멀리 떨어진 은하를 관측하고

그것보다 더 멀리 떨어진 퀘이사를 관측하면서

우주에서 가장 멀리 떨어진 천체들을 찾고 있습니다.

 

관심 있는 분들은 다들 아실 내용이지만

결국 지구에서 멀리 떨어진 천체일수록

우주 초기의 빅뱅의 모습에 굉장히 가깝다는 것입니다.

 

예를 들어

130억 방년 떨어져 있는 퀘이사의 중심에는

초거대 질량 블랙홀이

엄청나게 많은 별들을 잡아먹으면서

은하가 계속해서 성장을 하고 있고,

그리고 또 그 당시의 별들은

수소와 헬륨의 비율이

지금 우리 주변에 있는 별들보다

압도적으로 높다는 것 같은 그런 내용들이죠.

 

하지만 이 또한 빛의 속도가 정해져 있기 때문에

나오는 현상입니다.

정확히는 130억 광년 떨어진 별들과 은하의 모습이 아니라

130억 광년 전의 별들과 은하의 모습을 보게 되는 것이고

물리적으로 불가능하긴 하지만

당장 130억 광년 거리를 순간 이동해서

직접 그 모습을 관측한다면

결국 현재 우리 주변의 은하와 별들의 모습과

크게 다르지 않을 수도 있습니다.

 

지금까지 얘기한 이유들로

직접 관측하는 방식으로는

과학기술이 발달한데도

우주의 끝이 어떻게 생겼는지 알 수는 없을 것입니다.

 

그럼 슬슬 소름 돋는 얘기를 하자면

결국 우주의 끝의 모습을 알기 위해서는

우주가 대체 왜 생겼는지를 알 수 있어야 되고

시공간이라는 게 대체 무엇인지에 대해 본질에 대해서 알 수 있어야 되는데

이러한 것들에 대해서 현재로서 가장 그럴 듯하게 설명할 수 있는 건

M이론이라고 생각합니다.

M이론은 초끈 이론에서 발전된 이론인데,

이전에 제 채널 초끈 이론 편에서 설명했던 영상을 보면 알 수 있겠지만

초끈 이론은 우주를 4차원 시공간과 6차원 초미세 차원으로 이루어져 있다고 설명합니다.

 

그리고 이런 설명 방식에서는

물질의 크기라고 하는 것은

이 두 종류의 차원의 갭에서 발생합니다.

 

이게 무슨 말이냐면

애초의 크기라는 것의 정의부터 바로잡아야 합니다.

이 이야기를 이번 편에서 다시 하기엔 너무 길어서

예전에 제가 올린

초끈이론이 말하는 우리 우주가 생긴 이후 편을 보고 오시기 바랍니다.

 

그래서 이제 크기나 길이라고 하는 게

무조건 기준이 필요하고

얼마나 상대적인 것인지에 대해서 이해하셨다면

초끈이론에서 말하는 초미세차원과

우리가 직관적으로 생각하는 거시세계의 4차원 시공간이

본질적으로 똑같은 것이라고 생각해 보겠습니다.

 

이러한 관점에서는

우주라고 하는 것은

초미세차원과 거시차원의

두 종류의 상대적인 크기의 차이로 정의가 됩니다.

 

빅뱅 때 우주가 한 점에 있을 정도로

굉장히 크기가 작았던 것은

초미세차원과 초거대차원의 상대적인 크기가 제로였기 때문인 것이고

그 이후에 두 차원간의 상대적인 크기 차이가 계속해서 커지고 있기 때문에

우주가 계속해서 커지고 있는 것이죠.

 

이렇게 생각해 보면

우주가 생겨나기 이전에 대체 어땠었는지 알 수가 있습니다.

그때는 지금과는 반대로 초미세 차원이

우리가 알고 있는 4차원 시공간

그러니까 초거대 차원보다 크기가 컸을 겁니다.

 

이렇게 초미세차원과 초거대차원이

엄밀히 말해서 동일한 속성을 지니고 있고

2개 타입의 상대적인 크기 차이로 인해서

우주공간이라는 것이 정의가 된다면

초미세 차원이 끝으로 가면 반대쪽 끝으로 나오게 되는

이런 식으로 돌돌 말려 있는 것처럼 시공간 자체도 그럴지도 모릅니다.

 

그렇다면 끝으로 가면

우리 기준으로 반대쪽 끝으로 나오게 될 것이고

우주의 끝이라는 개념 자체가 없는 것이죠.

 

결국 우주의 끝이 어떤지 관측을 통해서

물리적으로 알 수 있는 방법은 존재하지 않습니다.

 

하지만 푸앵카레 추측대로라면

수학적으로 마치 이 우주는 지구 끝으로 계속해서 걸어가면

반대편 끝으로 나오는 것처럼

그런 식으로 이어진 구조일 수도 있습니다.

 

이는 초끈이론에서 초미세 차원과 초거대 차원의 상태가

본질적으로 동일하다면

이 또한 마찬가지인 것이고요.

 

그리고 제 개인적인 생각을 덧붙이자면

우주는 초미세 차원과 시공간 차원의 크기의 차이가

계속해서 늘어났다가 줄어들기를 반복하고 있고

만약 그렇게 정말로 초미세 차원과 시공간의 크기 차이가

줄어들었다 늘어났다가 계속 반복하고 있다면

빅뱅이 왜 생겼는지도 설명이 되는 것이고

이 두 개의 차원의 크기는

계속해서 늘어났다가 줄어들었다가를 반복하고 있을 수도 있습니다.

 

그렇다면 우주가 왜 생겨났는지와 언제 끝나는지 같은 문제와

우주의 끝은 어떻게 생겼는지에 대한

생각 자체가 불필요한 것이고,

이 모든 질문은

왜 이렇게 두 개 차원 간에

상대적인 크기가 생겼느냐는

하나의 질문으로 이어지리라 생각합니다.

그럼 이만.