다중 우주론

소백산천문대 밤하늘 풍경

 

 

다중 우주론

'우주의 인플레이션'은 138억 년 전의 우주 탄생 때 일어났다는 급팽창을 말한다. 지금 전 세계의 과학자들은 천문 관측을 통해 그 확실한 증거를 찾기 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있는데, 증거가 발견될 날도 멀지 않은 것으로 보인다. 그런 가운데 인플레이션 이론에서 유도되어 종래의 상식을 바닥부터 뒤집은 혁명적인 우주관이 주목 받고 있다. 이 세계에는 우리가 사는 우주 외에도 무수한 우주가 존재한다는 '다중 우주론'이다. 과연 다른 우주는 어디에 있을까?  다른 우주를 관측할 수는 있을까?

 

엄청난 급팽창으로 우주는 평탄해졌다.

우리가 살아가는 우주는 팽창을 계속하고 있다. 이것은 시간을 거슬러 올라가면 우주의 크기가 0이 되는 것을 의미한다. 지금까지 이루어진 천문 관측 결과, 약 138억 년을 거슬러 올라가면 우주의 크기가 0이 된다고 한다. 그것이 우주 탄생의 순간이다. 갓 탄생한 초기 우주는 초고온이며, 원자를 구성하는 부품인 양성자, 중성자, 전자가 뿔뿔이 흩어져 날아다녔다고 한다. 이때의 작열 상태 우주를 '빅뱅'이라고 한다. 빅뱅에는 그 전 단계가 있다고 생각된다. 우주의 급팽창 '인플레이션'이다.

 

인플레이션만이 우주를 올바로 설명할 수 있다.

지금까지 이루어진 관측을 톻해, 우리는 우주에 관해 다음과 같은 두 가지 특징이 밝혀져 있다. 바로 '우주'는 거의 평탄하며, '빅뱅 때의 우주는 어디서나 거의 같은 온도'였다는 것이다. 이론적으로 본래 우주 공간이 평탄해야 할 필연성은 없으며, 휘어져 있어도 관계없다.  그러나 실제로 우주를 관측해 보면 거의 평탄하다. 그리고 빅뱅 때의 우주의 온도도 장소에 따라 다르다고해도 문제가 없지만, 어느 장소나 온도가 거의 같았다는 사실이 밝혀져 있다. 빅뱅이 일어나기 전에 만약 우주가 맹렬한 기세로 팽창하고 있었다면 우주가 위의 두 가지 특징을 가진 이유를 제대로 설명할 수 있다. 원래 우주가 아무리 휘어져 있고 장소에 따라 온도가 달랐다고해도, 맹렬한 기세로 팽창하면(인플레이션이 일어나면) 팽창한 범위 안은 휘어진 공간이 잡아당겨져 평탄해지며, 온도도 거의 일정해지기 때문이다. 인플레이션 이론은, 우리가 관측할 수 있는 우주의 범위는 그렇게 잡아당겨진 광대한  범위 안에 들어 있다고 설명한다. 현재 상태에서는, 인플레이션 이론이 우리 우주의 특징을 제대로 설명할 수 있는 거의 유일한 이론이라고 할 수 있다.

 

'우주에서 가장 오래된 빛'의 관측 결과는 인플레이션을 지지한다.

인플레이션 이론이 예언하는 현상이 실제로 관측된 예로 '우주 배경 복사'의 관측 결과가 있다. 우주 배경 복사란 빅뱅 당시의 작열하는 우주를 채우고 있던 고온 가스에서 나온 빛(전자기파)이 약 138억 년의 세월을 거쳐 지구에 도달한 것이다. 우주 배경 복사가 나온 138억 년 전 당시의 온도를 측정할 수 있다. 그 온도는 하늘 전체에서 거의 균일하다. 그리고 온도의 요동 방식에도, 비교적 작은 영역에서의 미세한 요동부터 넓은 영역에 걸친 요동까지 존재한다는 사실도 밝혀졌다. 실은 이 요동 방식은 인플레이션 이론에 의해 예언된 것과 일치한다. 전 세계의 과학자들은, 인플레이션의 결정적인 증거로 우주 배경 복사 안에 있는 'B모드'라는 '소용돌이무늬'를 관측하기 위해 경쟁을 벌이고 있다. 만약 B모드가 발견되면 인플레이션이 옳음을  뒷받침하는 커다란 증거가 되지만, 발견되지 않으면 현재 상태의 이론을 크게 수정할 필요가 생긴다.

 

인플레이션이 옳다면 우주는 무수히 존재한다.

우리 우주는 계속해서 무수히 생기는 우주 중 하나에 불과하다.

 우리가 살아가는 이 우주에서 인플레이션이 약 138억 년 전에 끝나고 작열하는 빅뱅 우주가 되었다.그리고 우주가 식어감에 따라 항성이나 그 집단의 은하가 생겼으며, 수많은 은하 중의 하나인 우리은하의 한쪽에 있는 행성(지구)에서 우리 인류가탄생했다는 것이다. 우리 우주에서는 인플레이션이 끝났지만, 우리 우주의 '밖'에서는 인플레이션이 끝나지 않았을 가능성이 높다고 한다.  인플레이션이 전체적으로 끝나는 일이 없다는 개념을 '영구 인플레이션'이라고 한다.그리고 영구 인플레이션에 의해 많은 우주가 생긴다는 이론이 '다중 우주론(multiverse)'이다.

 

우리 우주가 다른 우주를 관측할 수 있을까?일반적으로는 다른 우주를 관측할 수 없다고 생각된다.이론적으로는 다른 우주가 존재할 가능성이 높다고 해도 그들을 실제로 확인할 수단이 없다.자신의 우주에서조차 관측 가능한 범위의 한계가 있기 때문에 그 끝을 볼 수는 없다. 하물며 끝의 바깥쪽에 있을지도 모르는 다른 우주를 직접 관측할 수는 없다.
< NEWTON, 2017.12 >