[스크랩] 평행우주

1.평행우주란?

평행우주론이란 가능한 모든 가능성에 대해서 그만큼에 해당하는 갯수의 우주가 존재한다는 이론이다.
즉 내가 어떤 상황에 있어 A라는 선택과 B라는 선택에 놓이게 되면 그 선택에 대한 경우의 수만큼 우주는 존재할 수 있다는 것이다.
예를 들어, 버스를 탈까 택시를 탈까 고민하다 버스를 타게 되면 그 순간 우주는 버스를 탄 우주와 택시를 탄 우주로 갈라지게 된다.

하지만 이것은 어디까지나 쉬운 이해를 돕기 위한 표현이다.
실제 우리 일상에서는 어떤 행위, 혹은 짧은 시간단위, 특정한 운동에 대해서는 이처럼 A혹은 B라는 경우의 수가 존재하는 것이 아니라 거의 무한에 가까운 경우의 수가 존재한다.

위의 경우 단순히 두 가지 경우로 나누었으나 실제 우리 생활에서는 버스를 타는 선택, 택시를 타는 선택, 그 순간 더 망설이는 선택, 걸어가는 선택, 뛰어가는 선택,비행기를 선택해버리는 선택, 뛰어가는 선택, 5초 더 망설이는 선택, 10초 더 망설이는 선택....등등 무한에 가까운 경우의 수가 존재한다.

즉, 경우의 수가 발생하는 우주의 모든 것에 대해 평행우주는 그 경우의 수만큼,
다시 말해 무한에 가깝게 존재할 수 있는 것이다

그리고 이런 평행우주(가능성)중 하나만이 선택되어 우리에게 존재하는 것이며 나머지 보이지 않는 수많은 평행우주(다른 가능성)는 보이지 않는 곳에서 제 나름대로 우리 우주와 비슷하게 진행되어 간다.
이것이 평행우주론의 기본핵심개념이다.

좀 더 쉽게 예를 들자면 영화 ‘더 원’에서처럼 125개의 우주에 125개의 ·내가 있다는 것이다.

영화 더원. 차원이동, 웜홀등 많은 용어가 나온다.
하지만 영화는 하나로 연결된 나가 125명, 각 우주에 1명씩 존재한다는 것으로 그건 좀 평행우주론과 부합되지 않는다.
그런 나라는 존재가 수십개, 수백개 존재한다는 설정은 분명  평행 우주론을 토대로 되었을 것이다.

또 다른 영화 ·‘데자뷰’·를 이야기해보자.

영화에서는 양자 역학의 발전으로 4일하고 12정의 과거를 볼 수 있다는 사고이다. 그리고 영화 안에서 난무하는 가설들 시간과 공간에 대한 추측들 그것들은 전부 양자역학에 기반을 둔 평행우주론이 되겠다. 하나의 나에 의해서 생겨나는 미래는 무한이 많다. 지금 나의 선택은 미래에 수 없이 많은 내가 있게 해준다.

2.양자역학과 평행우주
사실 평행우주의 모티브는 양자역학에서 출발하게 된다.
유명한 슈뢰딩거의 고양이를 예로 들어보자.

밀폐된 상자 안에 고양이 한 마리를 가둬 놓는다.
고양이와 함께 상자 안에는 1시간에 50%의 확률로 알파입자가 방출되어 청산가리 독이 들어있는 병의 센서가 감지되어 독병이 깨진다. 즉, 고양이가 청산가리에 의해 죽을 수도, 죽지 않을 수도 있는 상황
1시간 후 상자를 열어보면 우린 두개의 답 중 하나를 얻을 수 있다.
죽은 고양이 혹은 살아있는 고양이..
문제는 우리가 1시간이 지난 후 상자를 열지 않는다면 이 고양이의 상태는 어떠한 것인가 라는 문제이다.
죽은 고양이의 상태는 분명 우리가 상자를 열어 관찰한 '대상의 모습' 이다.
즉, 관찰로 인해 결과가 생긴다는 것.
다시 정리해 상자를 열지 않은 상태, 즉 우리가 관찰하지 않은 상태에선 죽은 고양이와 산 고양이 두가지의 상태가 공존하는 것이며 우리의 관찰로 인해 하나의 상태가 선택되어 결과로 보인다는 것이다.

평행우주론은 여기서 모티브를 얻는다.
우리의 관찰로 인해 만약 '산 고양이' 가 선택되어진다면 '죽은 고양이'는 다른 평행우주로 파생되어 진행되어가고 우리 우주와는 별개로 진행되어진다는 것이다.

이 평행우주론은 휴 에버렛 3세에 의해 양자역학에서 처음 제기되었다.
그러나 이 이론을 혐오스러워한 닐스 보어는 이를 수용하지 않았다.
마치 공상과학에나 나올법한 이야기였으며 예측과 결과에 있어 완벽했던 양자역학에 이런 비상식적인 이야기를 도입하기가 꺼림칙했던 것이다.

3.타임머신과 평행우주

타임머신에 대해 많은 사람들은 흥미를 가지고 열광하지만 실제 타임머신이 생기게 되면 엄청난 모순과 역설이 생기게 된다.

대표적인 역설 중의 하나인 '할아버지 역설' 이 있다.
타임머신을 개발한 A는 과거로 돌아가 젊은 시절의 할아버지를 만나게 된다.
할아버지는 80살에 돌아가신 분이어서 너무 반가웠다.
그런데 할아버지가 갑자기 자신의 생명을 위협하여 A는 어쩔 수 없이 할아버지를 죽이게 된다.
그렇다면 할아버지는 결혼도 하기 전에 죽었으므로 당연히 A는 존재할 수가 없게 된다.
그렇게 되면 타임머신을 탄 A는 어떻게 되는 것인가,
또 80살에 돌아가신 할아버지가 갑자기 젊은 시절에 죽은 할아버지가 되는 것이 아닌가.

영화 백투더 퓨쳐를 통해 이 모순에 대해서 더 잘 알 수 있다.

영화에서는 주인공이 과거로 돌아가 아버지의 복수를 대신 해주게 되고, 어머니가 자신을 좋아하게 된다.
그로인해 기타 연주를 하면서 점점 주인공이 사라지는 장면이 묘사되어 있다.

이처럼 시간여행은 그 로맨스와는 달리 엄청난 모순들이 있다.
때문에 많은 과학자들은 시간여행이 결국은 불가능한 것이라고 일단락시키기도 한다.
그러나 평행우주론은 이 시간여행의 역설에 대해서도 해답을 내놓는다.

즉, A가 과거로 돌아가는 순간 그 우주는 새로운 평행우주로 파생된 우주이기 때문에 A가 과거로 돌아가 무슨 짓을 하던, 그 우주는 원래의 우주와는 완전히 다르게 파생되었기에 전혀 역설적이지 않아도 된다는 것이다.

위의 그림처럼 타임머신을 타고 이동한 순간 우주는 A,A-1,B로 나뉜다.
평행우주는 서로의 우주에 영향을 끼치지 않으므로 B에서 무슨짓을 하던, A나 A-1에는 아무 영향을 주지 않는다.
때문에 시간여행에 의한 역설은 이런 평행우주론으로 자연스럽게 해결이 된다.

4.평행우주와 M이론

초끈이론, 그리고 이것이 발달한 M이론에서도 평행우주는 매우 중요한 근본이 되고 있다.
M이론에 따르면 우리 우주는 고차원을 떠도는 3-brane(막)이다.
이런 우주는 고차원의 공간에서 무한에 가까운 수로 존재한다.
단지 고차원의 벽에 가로막혀 서로를 감지하지 못할 뿐이다.
또한 이러한 막들은 서로 멀어지고 가까워짐을 반복하는데 이럴 경우 부딪치는 경우도 발생한다.
바로 우리의 우주는 이 부딪친 에너지로 인해 탄생했다고 한다.
이 이론에 따르면 M이론 역시 평행우주론과 마찬가지로 무한에 가까운 우리 우주와 비슷한 우주를 수용하고 있다.
어찌보면 평행우주론은 황당하고 기괴망측한, 그리고 입증될 수도 없는 터무니 없는 이론인지도 모른다.
그러나 기존의 물리학이 풀어내지 못하는 우주의 비밀(차원,시간,불확정성)을 풀기 위해서는 어쩔 수 없이 이론물리학은 평행우주의 기본 개념을 도입해야 한다.




천체물리학적 입장에서의 우주론

우주론은 여러가지가 있지만 크게 두가지 분류로 나눌 수 있습니다.

첫번째로는 관측을 바탕으로 한 우주론이고, 두번째는 관측을 바탕으로 하지 않은 우주론입니다.

이런 두가지 조건들이 모든 우주론마다 명확하게 구분되어 있는 것은 아닙니다. 다중우주론과 같이 관측과 비관측의 범주를 모두 포함하는 우주론이 있는가 하면, 크리스챤들의 믿음인 창조론은 관측을 바탕으로 한다기 보다는 믿음을 바탕으로 하는 우주론들이죠.

아인쉬타인은 "도대체 우리가 우주를 이해할 수 있다는 것이 가장 이해하기 어려운 일이다"라는 말을 했습니다. 인간의 관측과 그에의한 논리적인 분석으로 우주를 설명하기가 너무나 어렵기 때문에 관측을 바탕으로 하지 않은 우주론이 있는지도 모릅니다.

관측을 바탕으로 하지 않은 우주론을 이야기 할때 많이 나오는 이야기가 '지적설계논증'입니다. 생명체의 DNA는 자연에서 창조되기에는 너무나 복잡한 정보를 담고 있기에, 인위적인 설계를 바탕으로 만들어진 것을 이야기하듯... 무언가 초월적인 존재가 우주에 대한 영향력을 행사했기 때문에 인간이 이해하기엔 어려운 우주가 형성 되었다는 이론들입니다.

어쨋든 어떠한 우주론에서도 형이상학적인 문제에 부딪히게 됩니다. 우주를 이해하기엔 인간의 팔이 너무나도 짧고, 머리는 너무 작아서 그런건지도 모르겠습니다만...

어쨋든 제가 알고 있는 천체물리학적 측면에서의 우주론들을 나열해 보겠습니다. 각각의 우주론에 대한 설명은 모두 엄청난 분량의 논문과 이론들이 있지만, 그것을 모두 나열하기엔 불가능에 가까습니다. 그러한 이론들에 대해 '이러이러 한 것이다' 정도로만 설명하겠습니다.

참고로 이 이론들은 서로 대치되고 상반된 이론들이 아닙니다. A 이론이 맞으니 B이론은 틀리다라고 할 수 없는 것들이고, 학자들마다 나누는 기준도 애매합니다. 최대한 객관성이 있는 기준에서 제가 생각하고 있는 이론들이라는 것을 다시 한번 말씀 드립니다.

1. 다중우주론

'다중우주론'은 '딸우주론'이라고도 불리워 지는데, 현재 가장 적극적으로 이 이론을 주장하고 있는 학자는 유명한 '스티븐 호킹'박사 입니다.  저는 가끔 우리가 살고 있는 우주가 혹시 다른 차원의 우주에 존재하는 행성의 물방울 속 우주가 아닐까 하는 엉뚱한 상상을 할 때가 있습니다. 많은 사람들이 이러한 상상을 하곤 하는데... 이처럼 우리가 살고 있는 우주는 수많은 우주들중에 하나일 뿐이고 각각의 우주는 각각 다른 법칙들에 의해 지배 받는 우주란거죠. 호킹은 각 우주들이 블랙홀을 입구로 한 웜홀로 이어져 있다고 주장했지만, 다중우주론을 연구하는 모든 학자들이 그 주장에 동의 하는 것은 아닙니다.

또, 다수의 물리학자들이 다중 우주의 가능성을 그 이론적 추상성 때문에 부정하지만, 호킹 같은 학자들은 적극적으로 다중 우주론을 주장하기도 합니다. 아마도 이것은 21세기에 인류가 풀어야 할 과학적 난제 중에 하나가 될 것입니다. 아니면, 인류가 존재하는 동안은 절대로 풀지 못할 영원한 수수께끼가 될지도 모릅니다.


2. 평행우주론

평행우주론은 시간은 공유하지만 공간은 달라진다는 우주 이론입니다. 쉽게 이야기하면 히틀러가 2차세계대전에서 승리했을 경우의 우주 또한 존재한다는 이야깁니다. 즉 무수한 선택의 순간 순간마다 우주는 각각의 경우의 수로 분리되어 간다는 이론입니다. 평행우주론은 어느 학자가 발표했다라기 보다는 SF문학등에 의해 제기 되어진 시간여행에 대한 패러독스를 극복하는 이론으로 등장했다고 보는게 맞을것 같습니다. 즉 과거로 돌아가서 자신의 아버지를 살해하게 되는 패러독스는 자신의 아버지가 죽게되어 자신이 태어나지 않는 우주와 자신이 생존해있는 우주가 있다는 논리로 풀 수 있게 되는거죠. 평행우주론은 양자역학의 발전과 함께 그 이론에 대한 덧씌우기가 진행 되었었는데, 매순간 새로운 우주가 탄생하는 주기를 입자의 탄생과 소멸마다 우주가 하나씩 탄생한다고 생각하여 한때는 그 수식이 만들어 졌을때도 있었습니다.


3. 팽창우주론

위에서 설명한 두가지 우주론과 서로 보완가능한 우주론으로서 팽창우주론이 있습니다. '아인쉬타인'과 '드 지터' 등의 정적인 우주론에 반대하는 팽창우주론에 대한 수학적인 전개가 지구물리학자이며 기상학자인 '프리드만(Alexandr Alexandrovich Friedmann, 1888­1925)에 의해 이루어졌습니다. 우주는 정적인 것이 아니라 끊임없이 팽창하고 있다는 것이 그의 이론이었습니다. 하지만 그의 갑작스러운 사망으로 이론이 더 이상 전개되지 못하다가 1929년 미국의 허블(Edwin Powell Hubble, 1889­1953)에 의한 은하들 사이의 거리와 적색편이에 대한 체계적으로 연구라는 중요한 천문학적 증거들을 발표함으로 인해 팽창우주론은 힘을 얻기 시작했습니다.


4. 대폭발우주론

팽창우주론에서 발견된 몇가지 천문학적인 증거와 발전하던 입자물리학의 개가를 바탕으로 1940년대 중반에 가모프(George Gamow, 1904­1968)에 의해 주장되어졌습니다. 이 이론은 Big Bang 이론이라고도 불리워 집니다. 대폭발 이론에서는 초기 우주에서 중성자 포획에 의해 원소가 형성되는 과정을 우주의 팽창 과정과 연결했습니다. 쉽게 말하자면 우주는 특이시점에서 대폭발을 하게 되었고 폭발이후 팽창속도가 줄어들어 현재의 팽창우주로 존재하게 되었다는 이론입니다.


5. 정상상태우주론

비슷한 시기에 케임브리지 대학교 트리니티 칼리지의 천문학자들은 가모브의 팽창우주론과는 전혀 다른 정상 상태 팽창우주론을 제기했습니다. 이 또다른 우주론은 허먼 본디(Hermann Bondi), 토머스 골드(Thomas Gold)가 제안해서 프레드 호일(Fred Hoyle)에 의해 대폭발 이론의 대안으로써 제기된 우주 모형이었습니다. 1950년대를 통해 1960년대 중반에 이르기까지 천문학계에서는 대폭발 이론과 정상상태 팽창우주론은 서로 대립하면서 경쟁적으로 발전했습니다. 정상상태 팽창우주론은 소위 완전한 우주론적 원리(perfect cosmological principle)라는 철학적 입장을 바탕에 깔고 있는데, 이 원리에 의하면 물리 법칙들은 우주 구조에 독립적일 수 없으며, 반대로 우주 구조는 물리 법칙에 의존해야 합니다. 따라서 물리 법칙이 변하지 않는다는 것은 우주가 안정한 위치에 있어야 하고, 또한 우주는 모든 곳에서 균일해야 하며 거시적 규모에서 변화가 없어야 합니다. 따라서 우주는 항상 팽창하되 지속적으로 새로운 물질이 탄생해서 일정한 평균 밀도를 유지해야만 한다는 이론입니다.


6. 그 외의 이론들

인플레이션이론, 바운스이온, 특이점이론 등 해아릴 수 없이 많은 우주론들이 존재합니다. 우주에 대한 모든 이론들은 서로 떼어 놓고 생각할 수 없을 정도로 서로 경쟁하고 보완하면서 발전하고 있습니다.

현재도 우리 우주에 대한 논리적인 설명을 하고자 하는 노력들은 계속 시도되고 있습니다. 우주의 시간과 크기에 비해 먼지 수준도 되지 못하는 우리의 삶의 규모에서 보면 이런 노력들은 허무하기까지 합니다. 우리의 우주가 또 다른 전체 우주의 사소한 부분 집합에 불과하다고 해서 우리의 삶이 당장 어떻게 되는 것은 아니니까 말입니다. 그러나 이런 호기심 어린 상상이 우리 삶에 또 다른 액센트를 주는 것만은 분명합니다. 다른 우주의 가능성이 우리 인생의 부질없음을 나타내는 증거가 아니라, 우주적 견지에서 인간 존재를 돌아보게 하는 계기일지도 모르기 때문입니다.

우리는 무한한 시간이 있더라도 우리의 우주에 대해 완전히 이해하지 못할지도 모릅니다. 하지만 이해할 수 없다고 해서 우리 우주의 현상에 대해서 설명할 수 없다는 것은 아닙니다. 인간이 자신이 존재하는 우주에 대한 인간적인 입장에서 해석을 하고자 하는 노력은 과거부터 계속 되어 왔으며, 앞으로도 무의미하지 않은 방향으로 게속 진행 될 것이고, 반드시 발전하리라 믿습니다