이전 포스트에서는 맥스 테그마크의 수학적 우주 가설과 4레벨 다중우주에 대해서 소개했습니다. 어떤 종류의 평행 우주가 존재할 수 있는지에 대한 가능성을 탐구하는 것은 시간 여행이나 순간 이동처럼 공상과학 소설처럼 들릴지 모르지만, 평행 우주라는 개념은 종종 수학적이고 실험적인 연구의 주제입니다.
브라이언 그린이 제안한 9가지 다중우주 유형
평행 우주라는 용어는 일부 사람들에게는 모호하고 혼란스럽게 보일 수 있습니다. 물리학자들은 다중우주라고 불리는 것을 이해하고 우리 자신의 바깥에 있는 많은 가능한 우주들에 대한 몇 가지 다른 가설을 설명하기 위해 평행우주라는 단어를 사용합니다. 따라서 평행우주의 개념은 다중우주론 그 자체에서 비롯됩니다.
이론 물리학자 브라이언 그린은 자신의 책에서 아홉 종류의 평행 우주들로 구성된 분류 시스템을 제안합니다.
유형 1 – 누벼이은 다중우주
누벼이은 다중우주 가설은 무한한 우주의 가정과 물리 법칙의 일관성을 바탕으로 만들어졌기 때문에, 아마도 이해하기 쉬운 가설 중 하나일 것입니다. 누벼이은 다중우주에서는 우주가 무한히 크다면, 우주 지평선 밖에 있는 영역들에 우리가 관측 가능한 우주의 모습과 비슷하거나 같은 모습을 가진 또 다른 우주가 존재할 것이라고 설명합니다. 이러한 다중우주들은 모두 같은 공간상에 있기 때문에, 서로 동일한 물리법칙이 적용됩니다. 이 분리된 평행 우주들은 너무 멀리 떨어져 있고 빛이 이동하는 속도에는 제한이 있기 때문에, 우리는 결코 그것들을 보거나 상호작용할 수 없을 것입니다.
유형 2 – 인플레이션 다중우주
인플레이션 다중우주 모델은 영원한 인플레이션 이론의 개념에 기초하고 있습니다. 영원하게 지속되는 우주 인플레이션은 도중에 어떤 곳만 인플레이션이 종료되고 빅뱅이 일어나는 과정이 무수히 반복된다고 말합니다. 우주 인플레이션은 빅뱅 직후에 일어난 것으로 여겨지고, 양자 변동으로 인해 초기 우주에서 일어난 기하급수적인 팽창의 시기를 겪습니다. 이런 인플레이션은 무수히 많은 우주를 낳는데, 우리의 우주도 그중 하나입니다. 이러한 인플레이션 다중우주가 존재한다면, 우리는 우리 우주를 넘어 다른 우주로 가는 것이 불가능하다고 보는 견해가 많습니다.
유형 3 – 브레인 다중우주
브레인 다중우주(막 다중우주) 가설은 끈 이론에 기반하고 있습니다. 끈 이론의 수학에는 9개의 공간적 차원이 있는데, 우리의 우주는 3차원 브레인 위에 존재합니다. 그리고 더 많고 더 높은 차원에 다른 우주들이 있을 가능성을 제시합니다. 우리 우주는 단지 3차원의 한계를 가지고 있기 때문에 다른 차원의 우주와는 상호작용할 수 없을 것입니다. 브라이언 그린은 이런 유형의 다중우주를 "웅장한 우주 덩어리 안에 있는 빵 조각 같다"라고 묘사합니다.
유형 4 – 주기적 다중우주
이 가설은 우주의 막(브레인)에 대한 아이디어를 제안하는 브레인 다중우주의 확장입니다. 주기적 다중우주 가설에 따르면, 두 은하 사이의 높은 에너지 충돌로 빅뱅의 발생과 유사한 우주의 창출이 시작됩니다. 즉, 두 은하 간 충돌의 반복으로 공간이 아닌 시간을 따라 다중우주가 형성되고 확장됩니다.
유형 5 – 경관 다중우주
경관 다중우주는 끈 이론과 영원한 인플레이션 이론의 결합에서 생겨났습니다. 끈 이론에서의 다양한 차원들이 영원한 인플레이션을 통해 수많은 거품 다중우주를 양산합니다. 끈 이론은 기본 입자의 수, 여러가지 기본적인 상호작용 및 법칙과 우주 상수의 가능성을 제안했고, 그에 해당하는 우주들이 경관을 이룬다고 하여 이 다중우주 가설은 경관 다중우주라고 이름 붙여졌습니다.
유형 6 – 양자 다중우주
양자 다중우주는 양자역학의 많은 해석 중 하나인 다세계 해석에서부터 유도됩니다. 가설에 따르면, 전자의 파동함수가 붕괴하더라도, 다른 우주에서도 동일한 전자가 존재하기 때문에 두 결과가 서로 다른 세계에서 모두 발생합니다. 즉, 양자 각각의 활동이 새로운 평행우주를 생성합니다. 이는 다중우주의 개념 중에서 가장 널리 알려진 개념으로, 매 순간 선택에 따라 평행우주의 분기가 나타난다는 작품들의 설정은 이 가설에 기반합니다.
유형 7 – 홀로그래피 다중우주
홀로그래피 다중우주 아이디어는 홀로그래피 원리에서 나온 가설으로, 우리 우주의 끝에 물리적으로 동등한 우주가 존재한다는 것을 암시합니다. 다른 우주는 사실상 물리적으로 모두 동등한 다중우주입니다. 3차원 물체와 2차원 그림자의 관계를 생각해보면 쉽게 이해할 수 있습니다. 홀로그래피 원리에 따르면 어떻게 "그림자"가 우주의 충분한 정보를 가지고 있는지, 그 그림자가 어떻게 물체의 내용을 정밀하게 반영하고 있는지를 보여줍니다.
유형 8 – 시뮬레이션 다중우주
시뮬레이션 다중우주는 우리 우주 자체에 대해 매우 흥미로운 사실을 제기합니다. 영화 매트릭스처럼, 우리가 살고 있는 우주는 우주를 시뮬레이션하는 컴퓨터가 만들어낸 가상현실 속의 다중우주라는 가설입니다. 이는 컴퓨터 시뮬레이션이 우리 삶과 현실에 대해 정확하게 모방할 수 있는가 하는 논란이 있으며, 과학적으로 검증된 가설은 아닙니다. 시뮬레이션 다중우주 가설에 따르면 기술이 더 진보하게 되었을 때, 우리는 컴퓨터 시뮬레이션으로 우리 우주의 작은 부분 하나하나를 시뮬레이션하여 비슷한 또 다른 우주를 창조하는 것이 가능하게 될지도 모릅니다.
유형 9 – 궁극적 다중우주
이 터무니없고 놀라운 가설은 각각의 그리고 모든 수학적인 가능성의 모든 우주가 현실이고 무한히 반복된다는 것을 암시합니다. 즉, 이론적으로 가능한 모든 우주는 진짜 우주이며, 우리는 우리의 우주가 특별하다는 이유를 따질 필요가 없다고 얘기합니다.
결론
많은 가설에도 불구하고, 다중우주에 대한 수학적인 증거는 있을 수 있으나 실험적인 증거는 없습니다. 그럼에도 불구하고, 서로 다른 우주의 경이로움은 매우 흥미롭습니다. 물리학의 발전을 통해 우리는 곧 평행 우주의 진실에 대한 더 많은 단서를 얻을 수 있을 것입니다.
