지식보관소_ 초끈이론이 말하는 우리의 우주가 생긴 이유. 초끈이론 4편

 

 

현재 우리가 사용하는 측정 방법으로 보면

우주는 계속해서 팽창하고 있지만

우주 크기를 1로 놓고 보면

우주의 크기는 그대로이고

우주 안에 있는 물체들의 크기가

계속 줄어들고 있다고 봐도 결과는 동일합니다.

 

즉 ‘우주가 팽창하고 있다’라고 해도 맞는 말이지만

‘우주에 있는 물질들이 수축하고 있다’라고 표현해도 맞는 말인 거죠.

 

 

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우리의 우주는 외계인의 세포 안이다.

원자를 계속해서 확대하다 보면

그 안에 또 하나의 우주가 있다.

 

유튜브나 인터넷 등에서

이런 요상한 얘기를 들어보신 적이 있으실 텐데요.

이거는 뭐 다 유사과학이고 가짜 뉴스니까 그냥 걸으시면 됩니다.

 

사실 제가 이런 얘기가 나온 기원이 어디인지는 정확하게 모르지만

아마 끈이론의 개념에서 나온 게 아닐까

조심스럽게 예측을 해보겠습니다.

 

물론 엄밀히 말하자면

앞서 말한 얘기들은 전혀 맞는 말이 아닙니다.

지금부터 제가 하는 이야기를 들으면

조금 재미있을 텐데요.

 

일단 ‘원자를 계속 확대하다 보면 우주가 나온다’라고 했을 때

가장 말도 안 된다라고 생각할 수 있는 부분이 바로 크기입니다.

 

크기, 그러니까 거리를 측정할 때

우리는 어떻게 측정을 할까요?

아니 정확히 거리라는 게 무엇일까요?

 

사실 거리, 길이, 크기 이런 개념들은

아주 기본적인 개념이라서

절대적이라고 오해하기 쉽지만

끈이론의 관점에서 생각해 보면

사실 우리가 큰 오해를 하고 있을 수도 있습니다.

 

예를 들어 제 키가 180cm라고 했을 때

제 키를 측정하기 위해서는 줄자를 이용해야 됩니다.

그리고 그 줄자를 만들려면 기준이 되는 물체가 필요하게 됩니다.

 

우리는 그 기준을 가장 작은 크기를 통해서 정할 수밖에 없습니다.

가령 예를 들어 원자핵이 10^-15라고 했을 때

우리는 원자핵이 10^15개가 일렬로 늘어서 있으면

그 길이를 1m라고 정의할 것입니다.

그리고 그 길이를 통해서 줄자를 만들고 거리를 측정하는 것이죠.

이게 우리가 말하는 거리의 측정 방식입니다.

 

그리고 우주에서 가장 작은 단위가 존재한다면

이보다 작은 길이는 아무리 과학이 발달해도

절대로 측정할 수 없고

그 이하의 길이는 존재하지 않는 것입니다.

 

그 우주에서 가장 짧은 길이를 플랑크 길이라고 하고

끈이론에서는 모든 물질은 가장 작은 끈으로 이루어져 있고

이 끈을 플랑크 길이로 보고 있습니다.

 

당연히도 우리는 이 플랑크 길이보다 작은 길이는

영원히 예측할 수도 없고

존재한다고 보기도 어렵습니다.

 

당연하겠죠.

길이라는 것은 기준이 되는 대상이 필요한 것인데

우리는 여지껏 우리가 알고 있는 가장 짧은 길이를 이용해서 길이를 측정해 왔고

이 방법으로는 기준이 되는 대상보다 짧은 길이는 측정이 불가능합니다.

 

그렇기 때문에 우리가 과거 임의로 정했던 1m라는 단위도

현재는 빛이 1/299,792,458초 동안 진행할 수 있는 거리로 정의가 되었고

이 빛이 1/299,792,458초 동안 진행할 수 있는 거리도

결국 광자라고 하는 최소 단위의 크기보다도

짧은 거리는 측정이 불가능할 것입니다.

 

한마디로 거리, 길이, 크기

이런 것들을 측정하는 방법은

우리가 측정할 수 있는 가장 작은 물질의 크기를 기준으로

측정 대상의 상대적인 크기를 가늠하는 방법에 지나지 않는 것입니다.

 

하지만 이전의 우주가 무한히 작은 점으로 수축할 수 있고

시공간이 아날로그 개념으로 무한히 작은 크기들로 이루어져 있다는

기존 이론들과 달리

끈이론에 의해

마치 컴퓨터속 디지털 픽셀처럼

가장 작은 단위조차 최소한의 길이를 가진다고 생각한다면

이 길이에 대한 개념은 크게 변할 수가 있습니다.

 

이제 슬슬 소름 돋는 이야기를 시작하자면

끈이론에 의하면

우리가 길이를 측정하는 방법은

크게 두 가지가 될 수 있다는 겁니다.

 

한 가지도 아니고 두 가지씩이나 된다는 거죠.

그러니까 지금까지 우리는

우리가 측정할 수 있는 가장 작은 물질의 크기를 기준으로

측정 대상의 상대적인 크기를 가늠하는 방법을 이용해서

길이와 크기를 구해왔습니다.

 

하지만 끈이론은

우주 전체의 크기를 기준으로 길이를 구하는 방법도 있다고

얘기하는 겁니다.

아니 이게 무슨 소리일까요?

 

그러니까 제 키가 180cm일 때

제 키를 가장 작은 길이인 끈이

10^42개가 모인 길이다라고 측정을 할 수도 있겠지만

우주 전체 크기 대비 10^-42의 길이를 가지고 있다라고 할 수도 있는 겁니다.

 

아니 이게 무슨 말장난이지 싶겠지만

우리는 가장 작은 크기를 기준으로

측정 대상의 크기를 측정한 것처럼

가장 큰 우주 전체의 크기를 기준으로

측정 대상의 크기를 측정하는 것도 가능하다는 소리입니다.

 

물론 이렇게 하기 위해서는

우주 전체의 크기를 정확하게 알아야 하는 사소한 문제가 있어서

지금까지 가장 작은 크기를 기준으로 길이를 측정해 온 것이지만

우주 전체 크기를 정확하게 안다면

제 키를 우주 전체 크기 대비

얼마나 작은지로 측정해도 크게 문제는 없을 것입니다.

 

이런 관점에서 생각하면

현재 우리가 사용하는 측정 방법으로 보면

우주는 계속해서 팽창하고 있지만

우주 크기를 1로 놓고 보면

우주의 크기는 그대로이고

우주 안에 있는 물체들의 크기가 계속 줄어들고 있다고 봐도

결과는 동일합니다.

 

즉 우주가 팽창하고 있다라고 해도 맞는 말이지만

우주에 있는 물질들이 수축하고 있다라고 표현해도 맞는 말인 거죠.

 

마치 지금 계속 물가가 오른다라고 표현하는 것을

화폐의 액면가를 기준으로 측정하면

물가가 오르는 것으로 볼 수도 있겠지만

생필품을 기준으로 화폐의 가치를 측정하면

생필품의 가치 대비 화폐의 가치가 내려가고 있다고 표현해도

뭐 이것도 맞는 말일 것입니다.

 

그리고 끈이론은 이런 딜레마에 대해

더욱 소름 돋는 해답을 제시하게 됩니다.

바로 끈의 종류를 두 가지로 제시하는 것인데

바로 6차원의 초미세 시공간에 존재하는 끈과

우리가 알고 있는 4차원 시공간을 감싸고 있는 끈이라는 것이죠.

 

그러니까 6차원 시공간에 있는 끈은

아주 작은 물질의 최소 단위인 겁니다.

우리가 거리를 재는 방법은

이런 작은 물질을 기준으로 측정을 해왔습니다.

 

하지만 끈이론에 의하면

4차원 시공간을 감고 있는 끈을 기준으로

측정할 수도 있다는 겁니다.

 

그러니까 우주의 크기를 약 지름 300억 광년이라고 가정하고

이 크기를 플랑크 길이로 측정하면

우주의 길이를 플랑크 길이의 10^61이라고 할 수가 있습니다.

 

반대로 4차원 시공간에 있는 끈을 기준으로 측정하면

우주는 아까 말한 값의 역수인 10^-61배라고 볼 수도 있는 겁니다.

 

이게 굉장히 혼란스러울 수도 있는 얘기인데

우리는 길이를 측정함에 있어서

측정 대상보다 상대적으로 작은 크기를 이용해서 측정하고

따라서 우주 전체보다 큰 시공간을 대상으로 크기를 측정하지는 않습니다.

 

하지만 공간을 무지막지하게 큰 4차원의 초거대 시공간과

무지막지하게 작은 초미세 6차원 공간으로 분류하고

두 개의 시공간이 계속해서 상대적인 크기가 변하는 우주라고 가정하면

거리라는 건 이렇게 두 가지의 속성을 지니게 되는 겁니다.

이게 바로 끈이론이 말하는

거리와 크기의 전혀 다른 개념인 거죠.

 

그리고 여기서 더 나아가서 차원이

우리가 지구를 돌 때면

반대편으로 나올 수 있는 것과 같은 개념이라서

차원도 그 밖으로 나가면

반대편으로 나올 수 있는 그런 형태로 되어 있다면

우주가 계속해서 팽창하다 보면

초미세 차원과 초거대 차원의 상대적인 크기가 작아지기 시작할 것이고

그러다가 언젠가 이 초미세 차원과 초거대 차원의 상대적인 크기가 줄어들다가

초거대 차원이 초미세 차원이 되고

반대로 초미세 차원이 초거대 차원이 되면

그런 우주에서는 초미세 차원을 감싸고 있는 끈으로

거리를 측정할 수 있게 되겠죠.

 

그러니까 인터넷에서 가끔 보던

‘원자보다 작은 세상에 또 다른 우주가 있다.’

뭐 이런 얘기가 맞는 말은 아니지만

이런 끈이론의 거리 개념으로 생각하자면

우주의 크기는 이렇게 초미세 차원과

초거대 차원의 상대적인 크기의 변화로도 정의될 수 있고

두 종류의 차원의 상대적인 크기가 제로가 되었을 때

이를 빅뱅이라고 부르게 됩니다.

 

그러니까 지금까지 빅뱅에서

플랑크 길이보다 작은 크기의 우주를 계산할 수가 없었던 겁니다.

초미세 차원과 초거대 차원이

모두 상대적인 크기가 제로가 되었다는 건

초미세 차원의 크기를 기준으로 생각하는 우리에게는

플랑크 길이가 된 것이고

우주는 항상 플랑크 길이 이상만을 유지하기 때문입니다.

 

따라서 이 관점에서 우주의 시작은

우주의 끝과 수학적으로 완전하게 동일하게 됩니다.

 

사실 이번 내용이 끈이론에서 가장 재미있고 어려운 내용인데

제 능력의 한계로

이 이상으로 잘 설명을 못한다는 게 너무나도 아쉽네요.

 

이제부터 친구가

거기서부터 거기까지 거리가 얼마냐고 물어본다면

플랑크 크기 기준으로? 라고 반문을 해보시면

뭐 이상한 놈이라고 취급을 받겠죠.

이럴 땐 제 채널을 보여주면 됩니다.

그럼 이만.