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피터 보이트: 가짜 물리학 I - 마틴 리스: 다중 우주

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2017. 1. 31.


가짜 물리학 I - 마틴 리스: 다중 우주

Fake Physics I - Martin Rees: Multiverse


다중 우주(Multiverse)


한 경이로운 개념이 주류 우주론적 사상에 진입했는데, 그것은 더 널리 알려질 자격이 있다. 물리적 실재는 전통적으로 "단일 우주(universe)"라고 불리는 공간과 시간의 조각보다 엄청나게 더 확대될 수 있을 것이다. 우리의 우주적 환경은 짜임새가 풍성할 수 있을 것이지만, 규모가 매우 방대하여 우리의 천문학적 시야는 매우 작은 부분에 한정되어 있는데, 한 줌의 물을 자신의 "우주"로 갖는 플랑크톤이 세계의 지형과 생물권을 깨닫지 못하고 있는 것과 마찬가지로 우리는 "거대한 설계"를 깨닫지 못하고 있다. 우리는 "다중 우주"에 거주하고 있을지도 모른다.


우리의 망원경이 아무리 강력하더라도 우리 시야는 지평, 즉 빅뱅 이래로 빛이 여행할 수 있었던 거리를 나타내는 우리를 둘러싸고 있는 껍질에 의해 한정되어 있다. 그러나 여러분이 대양의 중간에 있다면 여러분의 지평을 나타내는 원과 마찬가지로 이 껍질도 물리적 의미를 지니고 있지 않다. 우리의 지평 내에는 수십 억 개의 은하가 존재한다. 그러나 그 너머에 훨씬 더 많은 은하가 있을 것이라고 예상된다. 정확히 얼마나 많은지는 말할 수 없다. 공간이 충분히 멀리 연장된다면 모든 가능한 조합이 반복될 것이다. 지평 너머 먼 곳에 우리 모두의 아바타가 존재할 수 있을 것이다. 그리고 우리가 잘못된 결정을 내릴 때, 우리 지평 너머 먼 곳에 더 나은 결정을 내린 또 하나의 내가 있다는 것은 어떤 위안이 될 것이다.


그래서 "우리의" 빅뱅의 여파로 인한 결과는 엄청난 부피를 포괄할 수 있을 것이다. 그러나 그것이 전부는 아니다. "우리의" 빅뱅은 무한한 우주적 군도에서 하나의 시공간 섬에 불과할 수 있을 것이다. 21세기 물리학의 난제는 두 가지 의문에 답하는 것이다. 첫째, 단 한 번의 빅뱅이라기보다 많은 "빅뱅들"이 존재하는가? 둘째―그리고 이것이 훨씬 더 흥미롭다―많이 존재한다면 그것들은 모두 동일한 물리학에 의해 관장되는가? 아니면 엄청나게 많은 상이한 진공 상태―각 상태는 상이한 미시물리학을 위한 영역이고, 그래서 차별적인 생명 생성 경향을 제공한다가 존재하는가?


후자의 의문에 대한 답이 "그렇다"라면, 다중 우주을 관장하는 포괄적인 법칙―아마도 일종의 끈 이론―도 있을 것이다. 그런데 지금까지 전통적으로 자연 법칙으로 불린 것은 국소적인 내규에 불과할 것이다. 그것이 몇몇 물리학자들로 하여금 입에 거품을 물게 하겠지만, A로 시작하는 낱말, 즉 "인류(anthropic)"라는 낱말을 피할 수 없다. 많은 영역이 사산되거나 불모적인 영역일 수 있을 것인데, 그것들에서 지배적인 법칙은 어떤 종류의 복잡성도 허용하지 않을 것이다. 그러므로 전형적인 우주에서는 우리가 발견되지 않을 것이라고 예상될 것이다. 우리 우주는 복잡성과 의식의 창발에 도움이 되는 우주 상수들의 "행운권 당첨"이 일어난 이례적인 부분 집합에 속할 것이다. 그것의 외관상의 설계된 또는 미세조정된 특징은 놀랍지 않을 것이다.


관찰 불가능한 존재자들은 과학에 속하지 않는다고 주장하는 사람들이 있다. 그러나 그런 강경한 견해는 옹호하기가 어렵다. 예를 들면, (우리가 어떤 특별한 중심 위치에 있고 우리 우주의 끝이 현재 지평 바로 너머에 있지 않다면) 우리 지평 너머에 놓여 있는 어떤 은하들이 존재할 것이며, 그리고 우주적 가속이 지속된다면 그것들은 영원히 저 너머에 남아 있을 것이다. 가장 보수적인 천문학자도 결코 관측할 수 없는 이런 은하들이 물리적 실재에 속한다는 것을 부인하지 않을 것이다. 이런 은하들은 우리의 독자적인 빅뱅의 여파로 인한 결과의 일부이다. 그런데 왜 그것들이 다른 빅뱅의 여파로 생성된 관측 불가능한 객체들보다 더 높은 인식론적 지위를 부여받아야 하는가? 그래서 하나의 빅뱅이 있는지 아니면 많은 빅뱅이 있는지 묻는 것은 확실히 진정한 과학적 의문이다.


오십 년 전에 우리는 도대체 빅뱅이 있었는지 확신하지 못했다(프레드 호일과 다른 "정상 상태 우주론자들"은 여전히 빅뱅이라는 관념에 이의를 제기했다). 이제 우리는 우주의 역사를 엄청나게 밀도가 높은 최초의 나노초 시기에 이르기까지 자신 있게 서술할 수 있다. 그래서 오십 년 후에는 인플레이션이 발생했었을 것이라고 가정되는 최초의 순간에 일어난 일을 말해주는, 일상 세계에서 실험과 관측에 의해 입증된, "통일된" 물리적 이론을 갖게 될 것이라고 희망하는 것은 지나치게 낙관적인 전망이 아닐 것이다. 그 이론이 다중의 빅뱅을 예측한다면, 직접 검증될 수 없더라도 그런 예측을 진지하게 간주해야 한다(일반 상대성 이론이 우리가 관측할 수 있는 영역에서 이루어진 많은 시험을 견뎌냈기 때문에 블랙 홀의 관측 불가능한 내부에 대한 그 이론의 예측을 진지하게 간주하는 것과 꼭 마찬가지로).


다중 우주를 싫어하는 물리학자들이 있는데, 그들은 그들이 설명하려고 노력하고 있는 몇 가지 핵심 상수가 우리의 국소적인 시공간 조각을 관장하는 환경적 우연―태양을 공전하는 지구의 궤도의 매개 변수들과 마찬가지로 참으로 "근본적"인 것이 아닌에 불과한 것으로 판명된다면 실망할 것이다. 그러나 그런 실망은 물리적 실재가 지금까지 구상된 것보다 더 거대하고 풍성했다는 계시에 의해 확실히 압도될 것이다. 어쨌든 우리 선호는 물리적 실재가 실제로 존재하는 방식과 무관한데, 그래서 우리의 사고는 확실히 열려 있어야 한다.


사실상 지성적이고 심미적인 전복이 존재한다. 우리가 다중 우주 속에 있다면 그것은 네 번째이자 가장 거대한 코페르니쿠스적 혁명을 의미할 것이다. 코페르니쿠스 혁명 자체가 일어난 후에 우리 은하에는 수십 억 개의 행성적 체계들이 존재하며, 우리의 관측 가능한 우주에는 수십 억 개의 은하들이 존재한다는 것을 깨닫게 되었다. 그러나 이제 그것이 전부는 아니다. 천문학자들이 관측할 수 있는 전경은, 아마도 무한한 앙상블 가운데 하나의 폭발에 지나지 않는 "우리의" 빅뱅의 여파로 인한 결과의 매우 작은 부분일 수 있을 것이다.


금세기 말에 우리는 우리가 다중 우주에서 살고 있는지 그리고 그것을 구성하는 "단일 우주들"이 얼마나 많은 다양성을 드러내는지 자신 있게 말할 수 있을지도 모른다. 이 의문에 대한 답은 우리가 살고 있는 "생명 친화적"인 우주를 해석해야 하는 방식을 결정할 것이다.