과거 우주론자들은 우주에는 시간 개념이 없다고 믿기도 했다. 시작도 없고 끝도 없다는 것이다. 인간으로서는 참 받아들이기 어려운 개념이다. 그러나 우주의 시작점이 의미하는 바와, 그 시점을 알아내기보다는 쉽다. 그래서 일부 물리학자들은 시간의 역할이 덜 중요한 대체 우주론들을 만들어냈다. 이 개념은 대학교에 걸려 있는 불가시광선 포스터만큼이나 난해하다.
정상 상태 FLOWERS OF THE MULTIVERSE
빅뱅 이론에 따르면 우주는 폭발을 통해 존재하게 되었고 지금도 계속 팽창하고 있다. 만약 이를 부정한다면, 은하 사이의 거리가 멀어지고 있는 이유를 설명해야 한다. 지난 1948년 천문학자 허먼 본디, 토마스 골드, 프레드 호일은 우주를 불꽃놀이처럼 매 순간 모든 장소에서 새로운 물질이 터져나오는 곳으로 묘사함으로서 이 문제를 피해나갔다. 정상 상태 모델에서는 우주는 커지는 것처럼 보이지만, 인간이 보는 변화는 착시일 뿐이라고 주장한다. 물론 우주는 커지고 있다.
그러나 그것은 하나의 근원적인 현상 때문이 아니라는 것이다. 우주가 계속적으로 새로운 물질을 만들어내고 있고, 새로 만들어진 물질이 오래된 물질을 밀어내고 있다는 것이다. 그러나 빅뱅에서 나온 전자기파가 1960년 대에 발견되자 이 이론은 논파당했다. 이 이론으로는 전자기파의 존재를 설명할 수 없었던 것이다.
충돌 THE SMOOTHE OPERATOR
왜 빅뱅이 시작할 때만 있어야 하는가?
폴 스타인하트와 동료들은 빅뱅이 언제나 이루어지고 있다고 주장했다. 우리의 보잘 것 없는 의식이 감히 생각할 수도 없는 5차원 세계 속에서 우주는 굴러다니고 있으며, 그 때마다 빅뱅이 일어난다는 것이다. 우리가 아는 모든 시공간은 4차원 표면인 브레인(막) 위에 있다. 가끔씩 이 브레인은 다른 우주의 브레인과 충돌하는데, 이 충돌이 우리가 빅뱅이라고 알고 있는 에너지의 폭발을 일으킨다는 것이다. 이 에너지는 현재도 우주 배경 복사의 형태로 검출된다. 5차원에서 우주들 사이의 간격이 멀어질수록 우리 우주는 커진다. 충돌 및 분리의 주기는 환각적인 춤을 추며 영원히 계속 된다. 많은 우주론자들은 인간이 5차원이 존재한다는 증거를 찾을 수 있다고 보지 않는다. 그러나 빅뱅이 진정한 시작이 아니라는 개념이 가까운 시일 내에 죽을 것 같지는 않다.
다중우주의 꽃 STEADY STATE
여러 물리학자들이 우주의 시작에 집착하는 주된 이유는 우주가 하나임을 알려주는 수많은 증거들이 있기 때문이다. 그러나 우리 우주가 하나의 시간의 흐름에 구애되지 않는 수많은 다중우주 중 하나라면 어떡하겠는가? 마치 무수한 꽃이 피어난 꽃밭의 땅 한 조각에 불과한 곳이라면 말이다. 이 모델에서는 각 우주는 빅뱅을 일으키고 나름의 시간 흐름을 가지고 있다. 다중 우주론 중 가장 인기 있는 이론에 따르면, 각 우주마다 물리적 법칙도 다를 수 있다고 한다. 무한한 가능성은 무한한 결과를 낳는다. 일각에서는 이러한 이론은 생명 그 자체를 설명할 수도 있다고 말한다.
우리 인류는 너무나도 운이 좋게도 생명이 살기에 완벽한 조건의 우주에 태어난 것이지만, 언제나 새로운 우주들이 만들어지고 있다면 그 중에는 우리 우주와 같은 조건의 우주도 없으란 법이 없다는 것이다.
수많은 우주들은 나름대로의 규칙에 따라 성장하고 쇠락하지만, 그것들이 모여 있는 다중우주의 벌판 자체는 시작도 끝도 없다. 수많은 우주론자들은 변화와 무시간성을 우아하게 조합한 이 매력적인 이론에 심취해 있다.
더욱 매력적인 이론 THE COLLISION
빅뱅 이론의 여러 변종들은 원래 이론보다 좀 더 매력적이다. 가장 간단한 빅뱅 이론의 경우 시간의 시작점이 가장 중요한 포인트다. 우리가 현재 관측하는 모든 것은 원자보다도 더 작은 에너지 덩어리 속에 뭉쳐져 있다가, 시간의 시작과 함께 터져나온 것이다. 그러나 시간 이전에는 무엇이 있었는가? 스티븐 호킹 같은 물리학자들은 시간의 시작점을 없앰으로서 일종의 무시간성을 복원하려 했다. 이렇다 할 빅뱅이 없는 우주를 상상한 것이다. 시계를 되돌려 존재가 처음으로 발생한 시간 언저리로 돌아갈 수도 있지만, 시간 이전에 무엇이 있는지를 묻는 것은 북극점에서 더 북쪽으로 갈 수 있는지 묻는 것과도 비슷하다. 우주가 축소되면 우리가 아는 시간은 무의미해진다. 우주는 하나의 점으로 좁혀지지는 않았다. 그러나 아직까지는 누구도 그에 따르는 물리학적 원리를 입증하지 못했다.
서울경제 파퓰러사이언스 편집부 / BY RACHEL FELTMAN AND MATTHEW R.FRANCIS