우주와 그 크기

우주와 그 크기

 

맥스 테그마크의 다중우주

 

우주는 무엇이고 도대체 어떻게 생겼을까? 과연 얼마나 클까? 누구나 한두 번 쯤은 궁금했을 것이다.

아무리 학업과 일, 호기심과 사랑에 바쁘더라도, 지구라는 땅에 살고 고개를 들어 하늘을 보고 태양을 보고

밤에는 달과 수 많은 별을 보고 있기에 어쩌면 마음 한 켠에는 자연스럽게 자리잡고 있는 것일 수도 있다.

그 이유는 우리가 어떻게 어디서 살던 간에 비록 아주 미미한 존재이지만, 떳떳이 당연하게 우주에 살고

있기 때문이다.

 

사실대로 말한다면, 우주는 무엇인지 얼마나 큰지 현재로는 정확히 알 수는 없다. 너무 무한하여 모르거나

가늠할 수 없다. 인류는 만년을 살았어도 지구는 50억년의 나이이고 더군다나 우주는 가설에 의한다면

급팽창 이후 138억년이라고 한다. 이 땅에 인류는 어떻게 나타났으며 생명체와 만물은 어떻게 생겼는지는

이 우주의 생성 변화와 연관이 있을 것이다. 어찌 우주가 만들어 지고 또 변화했는지는 인류가 존재하므로

인류가 존재하는 방향으로 우주도 변해왔을 것이라 보는 것을 (강한)인류원리라 한다. 어느 가설의 단계에서

이쪽일까 저쪽일까 아니면 다른 쪽일까 갈림길에서 과감히 인류와 지구상 생명체가 탄생하는 쪽으로 갈 수

있는 중요한 단초가 된다.

 

현재까지 알려진 우주의 크기는, 관측 가능한 우주를 300억광년이라 가정해 보자. 또 470억광년, 950억광년의

말도 있지만 말이다. 지구 최고의 망원경으로 우주 빈 공간을 몇 개월 동안 관찰하면 처음에 빈 공간을 지나고

또 계속 보면 끝에는 은하가 드글드글 보인다. 그 발견된 은하로 우주의 크기와 거리를 계산하면 관측된 우주의

끝일뿐이다. 실제로 더 크지만 알 수 없다. 300억광년이면 대략 1광년이 9.5조Km이고 (빛은 초속 299,792.458 Km

약 30만Km) 지구둘레가 4만Km이니 대략 7바퀴 반을 돌고 태양으로부터 1.5억Km이니 8.3광분(8분19초)걸리고

달까지는 38만Km이니 1.3광초 걸린다.

 

우주가 300억광년이고 구 모양이라 가정하고 그 크기를 단순식으로 계산하면, 우주의 지름은 2.85 X 10^23 Km

그것으로 부피를 계산, 1.21 X 10^70 Km^3 이다. 지구의 부피는 1.08 X 10^12 Km^3 이므로 1 / 1 X 10^58 이고

이것은 강릉 경포해변(길이 4Km X 폭 100m X 깊이 1m)에 1㎛(1/1,000mm)의 먼지 하나보다도 1 X 10^35배 작고

지구상에서라면 먼지 하나보다 1 X 10^19배 작고, 태양계(100AU, 150억Km, 13광시)부피에서는 고운 모래 한 알

10㎛ 정도에 해당된다. 다시 말해, 우주 300억광년에서 지구는, 태양계에서 10㎛(1/100mm) 아주 고운 모래 한 알에

불과하다는 얘기이다. 거의 없는 존재라 실망도 되고 허무하겠지만, 반대로 그것을 논하고 생각하고 고로 존재하는

우리는 얼마나 소중하고 보듬어야 될 우주의 보배인가! 그리고 우주는 얼마나 크고 광활하고 무한한가!

 

우주는 하느님이 창조하셨는지, 조물주가 만들었는지, 아니면 스스로 그러하게 만들어졌는지?

1948년 알파(Alpher)와 가모프(Gamof)의 화학원소의 기원(일명 빅뱅가설)에 의하면, 밀도가 무한대인 아주 작은

구의 물질이 폭발하여 10^-43초에 분화를 시작하고 10^-35초 블랑크시대를 지나고 10^-12초 물질의 밀도가

낮아지며 온도가 1조 ℃에서 떨어지고, 1초에 이르러 광자가 만들어 지고 입자와 반입자, 물질과 반물질의 시대를

지나며 물질 우세의 시대가 도래하여 38만년까지의 불투명의 시대가 드디어 맑아지며, 1960년대 우리는 그 때의

복사를 관측한 것이 우주배경복사(Cosmic Microwave Background Radiation)이다. 20세기말 급팽창 초기에

균일등방했던 상태가 양자요동에의해 1/10만의 밀도요동으로 바뀌고 어떤 곳은 물질이 많이 모여 인력으로 끌어

당겨 더 무시무시하게 많아지고 반대로 어떤 곳은 낮아지면서 빈 공간이 되고 10억년에 최초 은하가 탄생하고 또

시간이 흘러 90억년에 3세대별인 우리 태양이 탄생한다. 그리고 적절한 위치인 지구에 생명체가 생겨나고 인류가

나타난다.

 

마치 성경의 천지창조나 한 드라마의 정밀한 대본 같기도 하다. 어떤 물리학자는 그러한 가설로 시작하여

지금까지 발전시키고 있는 것이라 판단한다. 프레드 호일(Fred Hoyle)의 정상우주론은 처음부터 우주는

무한하였고 그 무한한 공간 사이 사이에 공간이 또 무한히 생긴다는 설이다. 급팽창에서 겨우 수소가 융합하여

헬륨을 형성하고 또 1세대 거인 별들이 탄생하여 보다 무거운 원소를 만들어 죽어갈 때 모든 물질을 우주공간

으로 환원하고 다시 더 큰 별들은 더 짧게 살다가 초신성 폭발로 더 무거운 원소를 만들어 우주공간 더 멀리까지

퍼뜨린다. 그 별을 양분으로 2세대별이 탄생하였다 죽고 지금은 3세대별이 만들어 졌다는 얘기인데,

정말 꿈만 같은 얘기들이다. 이러한 가설은 폐기되기도 하고 수정되기도 하면서 오늘에 이른다.

 

끝으로 상상을 더 해보자. 맥스 테그마크의 다중우주가 있다. 물론 이론을 바탕으로 가설이고 상상이다.

레벨1은 우리 우주의 지평을 넘은 것으로 동일한 물리법칙이지만 초기조건이 다르다. 현재 우리는 우주의

끝을 볼 수 없다. 아무리 좋은 망원경이 나와도 말이다. 상상하면 우주를 다면체로 본다면 한쪽 면이 우리우주이고

끝으로 가서 각도를 달리하면 제2우주, 제3우주가 계속된다. 이것을 평행우주라 하고 윗그림처럼 줄줄이 연결된

모습도, 포도송이 처럼 달린 모습도 있다. 끈이론에서 가설로 나오는 브레인(Brane, 막) 다중우주(얇은 막이 겹겹이

쌓여있는 형상으로 우리우주 또는 우리은하수에 인접우주가 가까이 있어도 완전히 별개의 시공간인 막으로 되어

있어 정체를 알 수 없는, 공간자체를 넘을 수 없는 오로지 중력자에 의해서만, 한 예로 블랙홀 사건지평선의 특이점

처럼 시공간이 특이한 지점에서만 넘나드는 우주), 주기적 우주론(우주가 생성되었다가 상호 마찰 충격으로 모든

은하가 날라가며 소멸되고 또 다시 생성되는 주기적 반복)도 있다. 

 

여기에 시간을 더하면 바로 우리 이땅에 또 다른 우주는 없을까? 또 어쩌면 거울처럼 복사된 우주는 없을까?

브라이언 그린(美 컬럼비아大 물리학)의 멀티유니버스(다중우주)에 보면, 홀로그래피우주는 2차원 평면이 대공간에

홀로그래피처럼 투영되어서 나타나는 우주로 설명하는데, 비슷하게 이 거울에 투영된 또 다른 복사된 우주로 생각할

수도 있다. 또 시간을 넘어서면 우리의 과거도 지평 넘어 어디 쯤에 있지 않을까? 레벨2는 다른 후팽창 거품이다.

동일한 물리법칙이지만 상수가 다르고 그러면 빛도 다를 수 있다. 완전히 다른 생명체가 존재한다. 어쩌면

영화 [ET]에서 ET는 여기서 오지 않았을까? 사실 ET는 우리우주 저 멀리 다른 별에서 왔을 수도 있지만요!

 

레벨3는 양자역학의 다세계해석이라 한다. 입자물리학에 6종의 쿼크 그리고 렙톤(경입자) 그리고 보손입자

힉스보손까지 발견되어 입자의 자발적 대칭성이 깨지면서 질량이 나타나고 원자가 생기고 또 물질이 생겨난다는

개념(힉스메카니즘)으로 이해하는데? 블랙홀에 오늘의 참혹한 시험결과를 던져 버린다 하면, 분해되어 없어질

것이라 기대하지만, 사실 어떤 상태로든 그 정보가 양자화되어 남아 있다가 다시 찾을 수 있다고 한다.

그런 우주, 레벨3라면 물질이 변환되어 아주 작은 입자로 전환되고 빛도 하나의 요소에 불과해 진다. 그러면

300억광년 광속으로 올 수 없는 거리를 물질 입자의 전환을 하고 특이한 채널을(쉽게 말해, 아주 특별한 통로)

통해 수 분 안에 올 수 없겠는가?  레벨4는 수학적 구조가 완전히 다른 우주를 말한다. 이것은 레벨3 보다도

더 무지막지한 상상이다. 레벨3에서 우리 몸이 유연하게 변환되어 동일한 물질량을 갖는 전혀 다른 물체로 바뀔

수 있지 않을까 싶은데, 레벨4라면 거기에다가 무엇을 더 추가한단 말인가? 상상에 맡긴다.

 

많은 물리학자 천문학자들이 우주에 대하여 연구하고 가설을 세우고 증명을 한다. 감히 별과 우주를 좋아하는

사람으로서 첨언을 하면, 고대부터 지금까지 하늘은 둥글고 땅은 평평하다고 말해왔는데, 그러한 지구가 결국은

둥근 구로 태양을 공전하고 스스로 자전 한다. 우리우주에는 1천억 개의 은하가 있고 은하 한 개당 1천억 개의

별(항성)이 있다. 이것을 단순 계산하면 백해 (1 X 10^22)개 별이 있는 것이다. 과학이 발전할수록 그보다 더 많은

별들이 발견되고 은하가 발견되면 훨씬 더 많아진다. 또 우주가 단지 하나인 단일우주로 볼 수도 있지만, 역시

훨씬 많은 다중우주일 수도 있다. 이 얘기가 다중우주 평행우주에 관한 이야기인데, 결국에는 복잡한 형태보다는

단순한 것이 더 타당하지 않을까 생각한다. 복잡할 필요가 없다. 지극히 단순하여야 영원하고 끝이 없이 무한하게

반복될 수 있고 국부적으로 다양할 수는 있다고 본다. 그렇다면 맥스 테그마크 기준으로 본다면 레벨1의 평행우주

이거나 아니면 후팽창 거품의 레벨2우주가 훨씬 대우주를 담을 가능성이 높지않을까 생각한다.

 

여기서 쓸 데 없는 상상을 마친다. 학창시절 선친으로부터 “하라는 공부는 않하고 쓸 데 없는 공상만 한다!” 라는

핀잔이 귓가를 스친다. (눈물)  잘 모르지만 이렇게 우주를 이해하고 상상하는 것도 재밌다. 40년이 지난 고향집에

가면 거실에 걸었다가 지금은 2층에 보관된 낡은 액자 그림에 [내 집이 비록 작으나마 진실한 벗을 삼고… …]

이런 글귀와 산기슭 초원에 물레방아와 더불어 녹색의 푸르름과 희망 행복이 가득한 그림이 있다.  비록 좋은 음식도

아니고 좋은 차도 없고 집도 그렇지만, 어떤 도인의 말대로 지구를 옷으로 삼고 우주를 집으로 삼아 오늘을 성실히

살고 그냥 갈련다.