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누벼이은 다중우주 - 1단계 다중우주

다중우주
- 누벼 이은 다중우주 (Quilted Multiverse) : 무한히 큰 우주공간에 걸쳐 평행우주가 반복되고 있다.
- 인플레이션 다중우주 : 영원히 지속되는 우주적 인플레이션은 무수히 많은 거품우주를 낳는다
- 양자적 다중우주 : 양자역학의 확률파동에 존재하는 다양한 가능성들은 수많은 평행우주에서 모두 실현된다.
- 시뮬레이션 다중우주 : 기술이 발전하면 컴퓨터 시뮬레이션으로 실제로 똑같은 우주를 만들어낼 수 있다.
- 주기적 다중우주 : 브레인세계들이 충돌이 반복되면 공간이 아닌 시간을 따라 다중우주가 존재하게 된다.
- 경관 다중우주(Landscape) : 인플레이션 우주론과 끈이론을 결합하면 다양한 여분차원들이 다양한 거품우주를 양산한다.


[특징] 비슷한 우주가 반복된다

1단계 다중우주는 관측 한계를 벗어난 지역 너머에 존재하는 또다른 우주다. 이 우주의 특징은 우리 우주와 같은 물리법칙의 지배를 받는다는 점이다.

[아이디어] 우주의 반복을 계산할 수 있다

현재 관측 가능한 우주의 범위는 반지름 약 420억 광년으로 한정돼 있다. 관측 수단인 빛이 그 이상의 우주를 우리에게 안내하지 못하기 때문이다. 그 어떤 외계 지적생명체라 해도 마찬가지다. 반지름 420억 광년의 공간이 하나의 우주를 구성하며, 우리 우주 밖에는 이런 우주가 바로 붙어서 늘어서 있다. 이 모습은 캡슐 모양의 우주가 계란판처럼 끝도 없이 늘어서 있는 모습과 비슷하다.
2003년 테그마크 교수의 계산에 따르면, 우리 우주 안에 있는 입자의 수는 10118개다. 입자 하나의 배열을 2진 부호로 계산하면 모든 입자가 만들 수 있는 배열의 경우의 수는 210118개다. 이 가능성에 따라 배열된 우주를 하나씩 전부 세트로 갖추려면 얼마나 큰 공간이 필요한지도 계산했다. 지름이 1010118m 규모다. 다시 말하면 확률상 1010118m를 지날 때마다 지금 우리가 사는 우주와 똑같은 우주가 한 번은 되풀이된다는 뜻이다(테그마크 교수는 2006년 발표한 논문에서도 다시 한번 계산을 했다. 이 때는 지수가 118이 아니라 115였다. 반면 2011년 브라이언 그린(Brian Greene, 1963~) 미국 컬럼비아대 교수가 저서 [멀티유니버스]에서 행한 계산에서는 입자가 배열될 총 경우의 수가 1010122개로 다소 크다. 조금씩 다르지만, 모두 압도적으로 큰 수라는 사실은 변함이 없다).

[탄생] 무한 공간 속 도플갱어

바로 여기에서 제1단계 다중우주가 생길 가능성이 태어난다. 테그마크 교수의 주장이 사실이고 만약 우주가 1010118m보다 크다면, 확률상 지금 우리가 살고 있는 우주와 입자의 배열 상태가 완전히 똑같은 우주가 다시 나올 가능성이 있다. 만약 우주의 크기가 무한이라면, 우리와 똑같은 우주 역시 무한 개 되풀이될 수 있다. 다시 말해 우리와 아주 비슷한 물리법칙의 지배를 받지만 은하나 물질, 생명체의 상태는 조금씩 다른 우주가 무한 개 있다는 뜻이다.

[비판과 한계] ‘무한’은 쉽지 않다

무한’이라는 가정은 만만치 않은 가정이다. 이형목 서울대 물리천문학부 교수는 “‘물리적으로 정말 무한이 존재할 수 있는가’는 함부로 사용하기 어려운 주제”라고 말했다. 박병철 대진대 물리학과 교수는 “수학적으로도 대단히 까다로운 가정”이라고 말했다. 그린 교수도 [멀티 유니버스]에서 “우주의 크기가 무한이라면 시간이 0일 때(탄생 시점) 우주가 아주 작은 점이었다는 가정을 할 수 없다”는 예를 들고 있다. 무한은 작게 만들어도 무한이다.


하지만 대체적으로 누벼이은 다중우주를 부정하기는 쉽지 않다. 관측 범위 밖에서 우주가 갑자기 벼랑 끝처럼 끝나리라고 믿는 편이 더 부자연스럽다. 우주배경복사 관측위성 ‘WMAP’의 측정 결과도 우주가 무한하거나 적어도 대단히 클 가능성을 암시하고 있다.


WMAP와 은하 적색편이 측정 결과를 종합해 보면 우주에서 물질은 거리에 비례한다. 이는 물질이 우주에 걸쳐 균일하게 차 있다는 뜻이다. 관측 범위를 넘어서도 같은 양상을 보일 수 있다. 이형목 교수는 “지평선(호라이즌) 부근에 있는 우주에 대한 연구가 충분하지는 않지만, 그 너머의 우주도 물리학적인 조건은 같다는 것이 현재의 결론”이라고 말했다.