재정립되는 다중우주론 살펴보니

1993년 개봉한 로맨스 코미디 ‘사랑의 블랙홀’, 톰 크루즈 주연의 ‘엣지 오브 투모로우’(2014), SF 최초로 1000만 관객을 돌파한 ‘인터스텔라’(2014), 그리고 마블 만화를 원작으로 한 ‘닥터 스트레인지’(2016)의 공통점은 무엇일까.우선 ‘영화’라는 점, 그리고 우리가 살고 있는 우주와는 다른 차원의 우주가 존재할 수 있다는 ‘평행우주론’을 다룬다는 것이다. 평행우주론은 과거를 바꾸면 현재의 상황이 일어나지 않는 ‘시간여행의 역설’이 발생하지 않기 때문에 SF에서 선호하는 과학 주제다. 영화 ‘백 투 더 퓨처’에서 과거로 간 주인공에게 젊은 시절 어머니가 사랑을 느끼기 시작하자 이를 피하기 위해 고군분투하는 모습은 시간여행의 역설을 잘 묘사한다. 만약 어머니가 주인공을 사랑하게 된다면 자신은 존재할 수 없는 논리적 오류에 빠진다. 평행우주론에서는 과거로 돌아가 어떤 영향을 줬다고 하더라도 그 우주와 관계 없는 우주가 평행으로 진행되기 때문에 이런 오류가 성립하지 않는다.

2000년대 들어 과학계는 평행우주를 다양한 다중우주가설로 재정립하고 있다. 브라이언 그린 미국 컬럼비아대 수학·물리학과 교수의 ‘멀티 유니버스’, 리사 랜들 하버드대 물리학과 교수의 ‘숨겨진 우주’ 등의 책으로 대중에 알려졌다. 최근에는 다중우주론의 거장 맥스 테그마크 MIT 물리학과 교수의 ‘우리의 수학적 우주’라는 책이 번역되면서 다중우주에 대한 대중의 관심이 높아지고 있다.●테그마크 교수 4단계 분류법 유명

아직 관측되지 않았기 때문에 학자들마다 예측하는 다중우주의 구조는 다르다. 일반적으로 평행우주와 다중우주를 섞어 쓰지만, 엄격하게 구분하자면 평행우주는 다중우주의 하위 개념에 속한다.

실제로 다중우주에 관한 가설들은 매우 다양하다. 이 때문에 이들을 체계적으로 분류하려는 노력이 있었는데 현재 가장 널리 알려진 분류법은 바로 테그마크 교수가 2003년 1월 ‘평행우주’라는 논문을 통해 제안한 4단계 분류법이다.

1단계는 관측 범위 밖에 독립 우주들이 존재하며 우리는 각각의 우주를 관측하지 못하고 있다는 개념이다. 개별 우주에서 적용되는 물리법칙들은 현재 우리가 알고 있는 것과 같다.

2단계는 인플레이션 우주론과 관계된 것으로 우리 우주와는 전혀 다른 물리법칙이 적용되는 우주들이 있다는 것이다. 끈이론과 관련한 다중우주이론이 여기에 속한다.

3단계 다중우주는 양자역학적 다중우주론이다. ‘슈뢰딩거의 고양이’ 역설처럼 확률론적 결정에 따라 무수히 많은 우주들이 존재할 수 있다는 가설로 우리는 여러 가지 우주 중 단 하나의 우주만 보고 있을 뿐이라는 설명이다.

4단계는 테그마크 교수의 독자적 아이디어로 수학 속에서 존재하는 우주다. 물질을 구성하는 입자와 입자가 만들어 내는 장(field)을 방정식과 함수로 표현할 수 있으므로 ‘물리적 우주와 수학은 같다’고 주장한다. 3단계 다중우주까지는 많은 학자들이 동의하고 있지만 4단계 다중우주론에 대해서는 이견이 있다.

남순건 경희대 물리학과 교수는 “영화나 소설에서 나오는 다중우주는 상상력의 산물”이라며 “양자역학적 평행우주론의 경우 확률에 의해 순간적으로 여러 개의 우주로 갈라지는데 완전히 서로 다른 우주이기 때문에 SF에서처럼 넘나들기 힘들다”고 설명했다.

●“검증·관측 어려워 상상력의 영역”

남 교수는 “물리학자들은 4차원 시공간을 넘어선 5차원 방향에 우리가 생각지 못한 우주가 존재할 수 있다고 생각한다”며 “만약 다중우주가 있다면 이 세상에서 수행하는 각종 실험 연구 결과에도 영향을 미칠 수 있기 때문에 연구자들이 다중우주론에 관심을 갖는 것”이라고 말했다.

그러나 일부에서는 ‘관측할 수 없는 것이 존재한다고 주장하는 것은 어불성설’이라며 다중우주론을 여전히 상상력의 한 부분으로 취급하기도 한다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr