지식보관소_ 주기적 다중우주가 말하는 우주의 시작에 대한 해답

 

 

“우주는 대체 왜 시작이 된 것일까요?

대체 이 세상은 누가 언제 어떻게 만든 것일까? ”

어렸을 때 가끔 침대에 누워서 잠들기 전에 이런 생각을 한번 해본 적이 있지 않나요?

 

초등학교 저학년 때까지 교회를 다녔던 저는

하느님이 만드셨다는 이야기에

그러면 하느님은 누가 만든 건지에 대한 고민에 대해서

머리가 깨질 것 같았는데요.

 

사실 오리진, 즉 우주의 기원은

현대 물리학이 해결해야 할 가장 최후의 질문 중에 하나입니다.

 

물론 우주의 탄생에 대한 다양한 이론이 있지만

현재 대부분의 과학자들이 지지하는 이론은

빅뱅이론입니다.

말 그대로 빅뱅

 

어떤 한 점에서 폭발로 인해서

모든 것이 만들어졌다고 하는 이론이죠.

이것도 생각을 해보면

그게 과연 가능할까 싶기도 하지만

과학자들의 대부분이 지지하는 데는 다 그만한 이유가 있습니다.

 

안드로메다 은하의 발견과 함께

우주는 우리 은화가 전부가 아니라

그 밖까지 훨씬 더 넓은 범위인 것이 밝혀지게 되고

그 이후로 에드윈 허블에 의해

우주의 은하들에서 적색편이 현상이 밝혀지게 됩니다.

 

적색편이는

파동이 우리로부터 멀어지면서 나타나는 현상으로

우주에 있는 은하들이

우리로부터 전부 다 멀어지고 있다는 것을 의미했죠.

 

은하들이 점점 더 멀어지고 있다는 얘기는

우주가 점점 더 커지고 있다라는 얘기입니다.

이걸 반대로 이야기하면

과거에는 우주가 지금보다 작았을 것이라는 것이죠.

 

그리고 그렇게 계속 과거로 시간을 돌리면

결국 과거의 어느 한 지점에서는

우주의 모든 것이 하나의 점으로 압축이 되게 됩니다.

 

이렇게 한 점에 있던 모든 물질과 공간이 팽창을 하기 시작했기 때문에

지금의 우주가 된 것이고,

이 팽창의 시작을 빅뱅이라고 합니다.

 

이렇게 결국 우주가 작은 한 점으로부터 시작했다는 것까지는 이해할 수 있어도

결국 시작이 존재한다는 것과

그 시작이 왜 시작되었는지에 대한 답을 주지는 못합니다.

 

우주는 대체 왜 시작이 된 것일까요?

지금보다 과거에 물질이 더 작은 공간에 압축이 되어 있다면

밀도는 높고 온도는 뜨거워집니다.

 

더 더 작은 공간에 계속 압축될수록

밀도는 계속해서 높아지는데

이런 식으로 계속해서 과거로 시간을 돌려서

빅뱅 직후의 상황에 물질들이 대체 어떤 상태였을까 추측이 가능합니다.

 

하지만 문제는 빅뱅이 일어나고 나서

10^-35초 이전에

정확히 물질들이 어떤 상태였는지 알 수 없다라는 것이 문제인데

그 이유는 바로 양자역학 때문이죠.

 

현대 물리학에서는 작은 미시세계에서 일어나는 법칙인 양자역학과

거시세계의 물리학인 상대성이론이 서로 충돌을 일 때문에

그런 결과가 생기는 것인데

이 이야기는 예전 끈이론 영상에서 설명했습니다.

 

하지만 초끈이론이 등장하면서

양자역학과 상대성이론이 충돌하는 문제를 해결해 줍니다.

정확히는 해결했다기보다 피해갔다고 해야 될까요?

 

끈이론은

모든 물질은 끈과 같은 길이를 가지는 최소 단위로 이루어져 있고,

우주는 이보다 작은 크기는 존재할 수 없기 때문에

플랑크 길이보다 작은 크기에서 일어나는 양자요동 현상을 무시할 수가 있습니다.

 

마치 우리가 컴퓨터의 1픽셀보다 작은 크기는 없기 때문에

0.1픽셀 같은 크기에서 일어나는 일을 생각할 필요가 없는 것과 똑같습니다.

 

 

슬슬 소름 돋는 이야기를 하자면

최신 끈이론인 M이론에 의하면

우주는 11차원의 시공간으로 되어 있고

브레인이라고 하는 막으로

우리가 알고 있는 모든 공간이 구성이 되어 있다고 합니다.

 

재미난 건 우리가 살고 있는 우주를 하나의 거대한 브레인으로 본다면

이 브레인 밖에 더 큰 차원들이 존재할 수도 있고

이런 브레인이 하나가 아니라

여러 개여도 이상하지가 않다라는 것입니다.

 

우리가 살고 있는 공간이 여러 개라는 것은

결국 다중우주를 이야기합니다.

그리고 이런 브레인 다중 우주들이 여러 개가 있다면

이것들끼리 서로 이렇게 충돌하게 될 수도 있지 않을까요?

이것을 ‘브레인 충돌 다중우주’라고 합니다.

 

브레인 충돌 다중우주에 의하면

우리의 차원보다 고차원의 시공간에 브레인 우주들이 있고

이 우주들이 충돌할 때 에너지가 발생한다고 생각합니다.

즉 다중우주가 서로 충돌하는 순간이

바로 빅뱅인 셈이죠.

 

그리고 만약 이런 브레인 다중우주 2개가 서로 이렇게 평행하게 있다면

이 둘은 서로 주기적으로 가까워졌다가 충돌하게 되고

다시 멀어지고 다시 가까워지는 과정을

무한하게 반복하게 될 수도 있습니다.

이러한 개념에서 만들어진 것이 ‘주기적 다중우주’라는 개념입니다.

 

‘주기적 다중우주’의 가장 큰 장점은

골치 아픈 하나의 문제를 해결해 준다는 겁니다.

바로 우주의 시작이 언제인지를 물을 필요가 없다는 것이죠.

 

우주는 빅뱅 이전에도 존재해 왔고

우주가 팽창하고 수축하고 다시 빅뱅이 일어나는 과정이

무한하게 반복이 되고 있는 셈입니다.

 

또한 우주에 존재하는 모든 은하를 멀어지게 하는 미스테리한 힘인

암흑에너지도 해결할 수가 있습니다.

 

암흑에너지는 고차원에서

브레인 다중우주와 충돌로 인해서

서로 멀어지면서 생기는 에너지라고 하는 것이죠.

 

문제는 주기적 다중우주 역시 다른 다중우주처럼

검증이 쉽지가 않다라는 것이 문제입니다.

옵저버블 유니버스 자체가

관측이 가능한 모든 시공간을 의미하기 때문에

관측이 불가능한 곳에서 일어나는 현상의 증거를 직접 찾는 것은 불가능하고

결국에는 간접 증거들을 찾는 것이 최선인데

이 또한 쉽지가 않습니다.

 

현재 이를 증명할 수 있는 방법은

주기적 다중우주 이론에 의하면

빅뱅 직후에 중력파가 나오면 안 되는데,

인플레이션 다중우주론 등 다른 이론들에 의하면

중력파가 검출이 돼야 되기 때문에

빅뱅 직후의 중력파를 인간이 관측할 수가 있느냐가

사실 이 문제의 핵심이라고 합니다.

 

사실 주기적 다중우주가

우주가 왜 생겼는지에 대한 질문을 해결할 수 있다고 하지만

결국 그런 브레인 다중 우주들을 포함하고 있는

‘고차원 시공간은 왜 생겼냐?’라는 질문이 존재할 수밖에 없는 건

어쩔 수가 없습니다.

 

결국 우리는 우주가 왜 생겼는지에 대한 답을 찾을 수 있게 될까요?

그럼 이만.