우리가 사는 우주가 다른 우주의 원자 중 하나라고? - 우주의 팽창 속도 가속에 대해 암흑에너지가 존재하지 않는다면, 다중우주와 관련하여 / 미노스
우주의 규모로 보면 우리는 먼지조차 아닌 그저 아주 작은 소립자 정도에 불과합니다. 하지만 그 우주 역시 더 거대한 우리의 상상조차 뛰어넘는 무언가의 일부라고 한다면 어떨까요. 언제나 이롭고 흥미로운 소재를 찾아서 전해 드리는 토픽에 오신 것을 환영합니다. 오늘도 분명 신비로운 여행이 될 것입니다. 그럼 바로 시작할게요. 이 세상은 현실인가. 고대 철학자들은 내 주변에 보이는 것은 실재하는가, 객관적으로 존재하고 있는 것인가, 세계에 있는 그대로의 모습을 인식할 수 있는 것인가라는 주제에 대해 깊이 탐구하였습니다. ‘이 세상의 모든 것은 꿈이고 환상이다’라고 생각하는 철학자들도 있었습니다. 더 높은 차원의 진정한 현실, 즉 이데아가 있으며 이 세계는 그것을 비추는 거울 일뿐이다. 이는 신플라톤주의적 사고입니다. 이를 다르게 해석하자면 이 세상이 컴퓨터 시뮬레이션에 불과하다고 생각해 볼 수도 있습니다. 이 세계는 창조자인 데미우르고스가 만들어낸 환상의 감옥이다, 라는 사상도 있습니다. 이를 믿고 있었던 사람들은 오래된 영지주의자 들인데요. 물론 우리가 지금 말하는 시뮬레이션 세상과는 조금 다른 맥락의 이야기입니다. 여기서 조금 의문이 드실 겁니다. 뜬금없이 왜 고대 철학자들이 소환되었을까요. 그들은 물론 현명한 사람들이지만 현대 인류보다 훨씬 적은 지식을 갖고 있다고 생각할 수도 있습니다. 그들이 품었던 수수께끼의 일부는 아주 오래전에 이미 풀렸습니다. 그렇다면 고대의 영리한 사람들보다 우리가 자연의 본질과 신비에 대해 더 잘 알고 있는 걸까요. 그러면 순수한 연구 목적 이외의 철학자들이 남긴 먼지 쌓인 오래된 문서를 굳이 들춰낼 필요가 있는 걸까요. 오래되었다고 해서 그 모든 사상과 생각이 오래되었다고 할 수는 없습니다. 적어도 이 문제에 관해서는 그렇습니다. 현재에도 다양한 연구를 통해 그들의 말이 차례차례 증명되고 있습니다. 우리의 감각기관으로 객관적인 현실을 인식하는 것이란 사실상 불가능에 가깝습니다. 만약 여러분이 지금 영상을 스마트폰으로 보고 계신다면 그것을 보다 자세히 살펴보세요. 뭐가 보인신가요? 잔잔한 작은 물체가 보일 겁니다. 검은 색이나 흰색 혹은 알록달록한 플라스틱 케이스로 덮여 있을 수도 있어요. 단순한 것부터 말씀드리겠습니다. 색깔부터 시작해 볼까요. 사실 우리 자연계에 색이라는 것은 존재하지 않습니다. 있는 것은 그저 주위 물체에다 반사된 전자파뿐이지요. 여러 파장을 가진 파도가 망막에 수용체를 자극하고 이것이 뇌로 가게 되면 비로소 그 모습을 인지할 수 있는 것입니다. 여러분의 스마트폰이 붉다는 것은 거기서 튀어나온 빛의 파장이 빨강을 느끼는 수용체를 최초로 자극한 것에 불과합니다. 하얀 색은 거의 모든 빛을 튕겨냅니다. 무지개의 일곱 가지 색깔은 하얀 태양광선이 분해되어 보이는 것입니다. 만약 스마트폰이라면 반대로 모든 빛을 흡수합니다. 우리의 눈에 색 수용체, 즉 추체세포가 없었다면 우리에게 보이는 세계는 무채색에 흑백이었을 것입니다. 이는 다시 말해 색채 역시 우리 머릿속에만 존재한다는 뜻이지요. 그럼 다음으로 물질에 대한 이야기를 해보겠습니다. 여러분의 스마트폰을 구성하고 있는 최소 입자가 뭘까요?라는 질문을 들으면 대부분 원자라고 답할 것입니다. 각각의 원자에는 원자핵이 있고 그 주위를 전자가 돌고 있습니다. 마치 태양계의 미니어처 같은 모습이죠. 하지만 우리가 학교에서 배우는 러더퍼드 원자모형은 그리 정확하지 않습니다. 더 정확히 말하자면 아주 단순화 된 것이지요. 그리고 이 모형은 아주 중요한 사실을 보여주고 있습니다. 원자 대부분의 공간은 비어 있습니다. 원자핵과 전자는 원자 전체에서 보면 매우 작은데요. 이는 태양이 태양계 전체에서 봤을 때 작은 것과 비슷합니다. 서로 상호작용하는 힘이 각각의 존재를 연결하고 있습니다. 항성계의 경우는 중력, 원자의 경우는 전자기력, 강력 , 약력입니다. 휴대폰, 마우스, 키보드 그리고 책상 같은 것을 딱딱하다고 느끼는 이유는 그런 힘이 작용하고 있다는 뜻이고 내 손가락 끝에 있는 전자를 원자가 있는 물체 쪽으로 보내지 않기 때문입니다. 다른 말로 하면 세계는 전자와 원자핵이 상호작용하고 있을 뿐인 텅 빈 공간에 불과합니다. 상호작용하고 있는 긴 축수가 늘어나기만 할뿐 실제로 접속하는 것은 아무것도 없습니다. 컴퓨터, 책상, 여러분자신, 행성, 항성, 그리고 은하 주위의 모든 것은 대부분 텅 비어 있으며 그곳에 여러 입자가 드문드문 존재할 뿐입니다.
전자의 표면상의 세계
난 무엇을 위해 존재하고 있는가라는 의문을 가져 보신 적이 없으신가요. 자꾸만 차량 얘기를 해서 죄송합니다. 하지만 이런 의문에 상심하기에는 아직 일러요. 영상을 끝까지 보시면 답을 알게 되실 지도 모르니까요. 재미있는 이야기는 이제 시작입니다. 원자라는 말 자체는 나눌 수 없다는 것을 의미합니다. 하지만 원자핵과 전자가 세계를 구성하는 최소 단위가 아니라는 사실은 이미 오래전에 밝혀졌습니다. 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져 있고 이들은 쿼크라고 하는 소립자로 나눠집니다. 전자는 전자, 중성미자처럼 렙톤이라고 불리는 소립자의 일종입니다. 쿼크나 렙톤이 무엇으로 구성되어 있는지. 그보다 앞은 아직 현대 과학에서는 알려지지 않았습니다. 자세히 알아 볼 수도 없습니다. 하지만 그 소립자가 어떤 단위로 구성되어 있고 그 단위가 더 작은 단위로 구성되어 있는 이런 반복이 끝없이 이어질 가능성은 충분히 있습니다. 우리가 슬슬 어지럽기 시작하네요. 다음으로 크기에 대해 생각해 볼까요. 크기 역시 상대적인 개념입니다. 사람에게 있어 행성이나 항성은 크고 분자나 원자는 작고, 자꾸 소립자라면 아주 작은 것처럼 느껴집니다. 하지만 분자 크기의 바이러스의 경우 원자는 전혀 작지 않습니다. 만약 지능이 있는 바이러스가 세상을 본다면 원자는 눈에 보이는 사이즈가 될 것입니다. 더 나아가 인간이나 행성, 항성을 본다면 바이러스들에게는 입을 닫을 수 없을 정도의 충격적인 크기가 됩니다. 인류의 사이즈로 비교하자면 은하 필라멘트와 보이즈로 이루어지는 관측 가능한 우주 정도의 크기입니다. 조금 더 생각해보겠습니다. 우주의 다양한 구조를 구성하고 있는 것의 은하라고 분자입니다. 다음으로 은하를 구성하는 것은 항성계라고 하는 원자입니다. 항성계의 중심에 있는 항성은 원자의 중심에 있는 원자핵에 빗댈 수 있습니다. 그러면 행성은 전자에 해당하겠죠. 인간은 이런 유일무이한 전자의 표면, 지구라는 행성 위에서 일생을 보냅니다. 그렇다면 전자나 쿼크 상에도 생명이 존재할까요. 어쩌면 여러분의 다리 어디에선가 방금 문명이 태어났고 장기에서도 새로운 문명이 태어났을지도 모릅니다. 몇 개 혹은 더 많이. 농담은 여기까지 하고 요약하자면 이 세계를 만들고 있는 모든 것은 사실 단순한 단위가 아니라 우리의 우주만큼 복잡한 구조라는 것입니다. 그러니 그런 우리의 우주 역시 더 큰 것의 일부일 가능성도 있지 않을까요. 수많은 우주 중 하나 다원 우주론이라는 가설에 대해 들어보신 적이 있으실 겁니다. 저희도 이론에 대해 주제로 많은 영상을 만들었기 때문에 다른 주제의 영상에서도 자주 만나 볼 수 있는 표현인데요. 이 이론을 사용하면 간단하게 설명할 수 있는 현상들이 몇 가지 있습니다. 우주의 팽창 속도 가속에 대해서는 암흑에너지에 의한 것이라고 추측하고 있습니다. 하지만 암흑에너지는 존재하지 않고 우리 옆에 우주가 가진 중력 작용이 우리의 우주에 영향을 미쳐서 팽창 속도가 올라가는 것일 수도 있습니다. 우리 우주의 현재 모습을 나타내고 있는 물리 상수가 몇 가지 있는데요. 만약 그 중 하나의 숫자가 조금이라도 달라졌다면 우주는 다른 모양을 하고 있었을 것입니다. 예를 들어 전자 간에 서로 작용하는 일정한 힘이 조금이라도 더 강했다면 붕소보다 무거운 원소는 수 밀리 초 후에 소멸하는 동위원소처럼 불안정해집니다. 그럼 왜 이런 생각을 하게 되었는지 살펴보겠습니다. 이는 연구자들의 추정으로 ‘다원 우주에서는 한 개의 우주에 하나의 물리상수가 대응하고 있다‘부터 시작했습니다. 그러니 여러분이 상상했던 물리법칙에서 벗어난 현상도 어디선가 존재하며 거기서는 그것이 지극히 당연한 일일 것입니다. 지구의 중력이나 태양을 공전하는 것이 당연한 일상인 것처럼 말이죠. 우주는 광대하고 또 헤아릴 수 없는 수만큼 존재하고 있습니다. 그 수는 우리가 관측 가능한 우주 안에 있는 모든 행성 상의 모래를 합친 것보다도 더 많습니다. 다원우주론은 흔히 구멍 뚫린 치즈에 빗대어 설명되기도 합니다. 구멍 뚫린 치즈의 구멍이 하나의 우주입니다. 하지만 만약 다원우주의 구조가 사실은 훨씬 더 복잡하다면 어떨까요. 다시 말해 우리 우주가 사실 어딘가에는 원자에게 중성자라던가 알 수 없는 거대한 정말 상상을 초월한 구조물의 소립자에 지나지 않는다면 그렇다면 우주 전체에서 볼 때 우주는 얼마나 작은 걸까요. 인체에 세포 하나, 원자에 쿼크 하나, 관측 가능한 우주 속 태양계 같은 느낌일까요.
