무한 우주와 도플갱어
우주론과 물리학을 전공하지 않았다면 일반적으로 우리의 우주가 무한한가 유한한가에 대해 유한하다는 생각을 주로 더 하는 경향이 있는것 같습니다. 무한이란 개념을 받아들이기 쉽지 않아서 때문입니다. 우주가 무한하게 넓다는 것을 쉽사리 상상하기 어렵습니다. 무한이란 수학에서만 존재하는 개념이라고 생각할 수도 있죠. 하지만, 우리의 우주는 무한 우주일 가능성이 있습니다.
실제로 많은 우주학자들과 물리학자들은 우주가 유한하다는 것보다는 무한하다는 것에 더 동조를 하는 편입니다. 물론 무한 우주와 유한 우주 중 어떤 것이 절대적으로 옳다라는 것은 아직 확인된 바 없습니다. 우주가 무한하다는 가정이 틀렸다는 증거를 찾지 못했기 때문입니다. 이게 어떤 의미인지 조금 쉽게 설명해보겠습니다.
우주가 무한하다는 증거?
사실 우주가 무한하다는 증거는 없습니다. 다만, 우주가 유한하다는 증거가 없기 때문에 무한할 수 있다고 가정하는 것입니다. 이건 또 무슨 말장난인가 싶겠지만 다음과 같이 생각해 볼 수 있습니다.
만일 우주가 유한하다면 충분한 시간이 주어진다는 가정하에 우리는 우주의 끝에 다다르고 다시 원위치로 돌아올 수 있을 것입니다. 그리고 충분히 빨리 움직일 수 있다면(광속의 속도로 달린다면) 우주의 끝에서 끝까지 몇 번이고 왕복할 수 있게 될 것입니다. 그렇게 할 수 있는 것은 오직 빛 밖에 없겠지만요. 여기서 의문이 생깁니다.
현재까지 밝혀진 우주의 평균밀도는 아인슈타인이 예측한 임계밀도(1㎤당 2*10^(-29)g)와 일치합니다. 이는 우주가 곡률이 0인 평평한 공간임을 설명하고 있습니다. 밀도에 따른 우주의 형태 또는 곡률은 아래 표를 참고해 보세요.
우주 평균밀도 |
우주 곡률 |
우주의 크기 |
임계밀도보다 높음 |
+ |
유한 |
임계밀도와 같음 |
0(평평함) |
유한 또는 무한 |
임계밀도보다 낮음 |
- |
무한 |
▲ 우주의 모든 지역은 다른 모든 지역과 동일하다는 우주원리를 사실로 가정했을 때 생각해 볼 수 있는 우주공간들
<우주의 곡률 후보들>
천문학자들이 우주의 암흑에너지양을 측정했을 때 이 암흑에너지로 인해 우주의 평균 밀도가 임계밀도와 같다는 것을 밝혀내게 됨으로써 아인슈타인이 부끄러워했다는 자신의 우주상수가 다시 천문학 전면에 등장하게 된 것은 물론 우주가 무한한 평면일 수 있다는 가능성이 생기기 시작한 것입니다.
왜 우주가 무한하냐고 물리학자들이 생각하냐면, 만일 우주 공간이 유한하다면 별이나 은하에서 방출된 빛은 우주를 몇 바퀴 돈 뒤 우리에게 도착했을 것입니다. 이 빛이 우주를 몇 바퀴 주기적으로 돌았다는 것은 우리가 관측할 때 별과 은하의 반복 영상이 생긴다는 의미입니다. 하지만, 아직까지 천문학자들은 이런 다중영상을 발견하지 못했습니다. 즉, 빛은 유한한 공간을 다니고 있지 않다는 것입니다.
물론 그렇다고 우주가 무한하다고 답을 낼 수는 없습니다. 우주가 유한하긴 하나 그 크기가 너무 커서 방출된 빛이 아직 한번도 두번이상 돌지 않았을 수도 있기 때문입니다. 그럼에도 불구하고 물리학자들이나 천문학자들이 우주가 무한하다는 것에 더 무게를 두고 있냐면, 유한한 우주가 수학적으로 훨씬 다루기 어렵기 때문입니다. 만일 정말 우주가 무한하다면 우리는 우리의 실체와 관련한 중요한 가능성을 고려하게 됩니다.
무한우주와 도플갱어
도플갱어란 독일어로 '이중으로 돌아다니는 자'라는 뜻을 가지고 있습니다. 더 정확히 표현하자면 '분신'이라고 얘기할 수 있습니다. 이와 관련한 영화나 소설도 많죠. 갑자기 무한 우주를 얘기하다가 왜 도플갱어 이야기를 하냐면, 우주가 무한하다면 우리의 도플갱어가 무한하게 존재할 수 있다는 것을 이야기 하기 위해서입니다.
응? 도플갱어가 진짜 있다고? 라고 생각하신다면 우주가 무한하다는 가정하에 '그렇다'라고 말씀드릴 수 있을 것 같습니다. 확률과 관련이 있습니다.
만일, 주사위를 던져서 1이 나올 확률은 1/6입니다. 6번 던져서 한번 정도는 1이 나온다는 것이죠. 만일 주사위를 12번 던지면 1이 몇번이나 나올까요? 확률상 2번은 나오겠죠. 24번 던진다면 주사위가 1이 4번정도는 나올 것이라고 예상해볼 수 있습니다. 하지만 만일 무한번 던진다면 주사위가 1이 나오는 횟수는 무한번 나오게 됩니다.
∞ * (1/6) = ∞
좀 더 어려운 것으로 생각해보죠. 모래 한 줌을 쥐어서 바닥에 던집니다. 모래 알갱이가 이리저리 흩어지겠죠. 다시 그 모래를 주워서 바닥에 던지면 방금 전 던진 위치대로 모래 알갱이들이 위치하게 될까요? 그럴 확률은 거의 없어 보입니다. 하지만 확률이 아주 극도로 낮을 뿐이지 언젠가는 똑같은 모양대로 던져질 수도 있는 것입니다. 그래서 모래를 무한대로 던지면 처음 던진 모습대로 모래가 흩어지는 횟수는 무한대가 됩니다.
이제 이걸 우리 우주로 확장해 보겠습니다. 우리 태양계와 똑같은 태양계가 만들어질 확률은 얼마나 될까요? 태양계에 존재하는 모든 입자들이 지금의 태양계와 똑같이 구성되는 확률은 정말 극악으로 낮은 확률이겠지만 확률이 0은 아닙니다. 따라서 우리의 우주가 무한하다면 우리의 태양계와 똑같이 만들어진 다른 태양계가 존재할 가능성은 여전히 존재합니다. 그리고 분자들이 만들어지고 생명이 만들어져 지금과 같은 생명체가 지금과 같은 역사를 가지고 우리의 모습과 똑같이 원자들이 배열될 가능성도 분명 있습니다. 그리고 그 개수는 무한대만큼 많다는 의미를 갖게 됩니다.
우주가 무한하다는 가정이 맞다면 지금 이 글을 읽는 여러분과 똑같은 사람이 반드시 존재한다는 것입니다.(저와 똑같은 도플갱어가 저와 똑같은 글을 썼을 것입니다. 확률이 낮을 뿐이지 무한한 우주에서는 이런 도플갱어가 무한번 반복됩니다.)
결론
앞서 장황하게 말씀드린 것처럼 우리의 우주는 무한하다는 주장을 무시할만한 증거는 발견되지 못했습니다. 만일 무한 우주가 존재한다면 우리의 도플갱어도 분명 어딘가 무한개로 존재할 것입니다. 우리는 우주에서 유일한 존재가 아닐 수도 있습니다. 그리고 많은 물리학자, 천문학자들은 관찰의 한계는 분명 존재하지만 우주의 무한하다는 가정을 선호합니다. 그래서 평행우주라든지 다중우주론 같은 것들이 계속 논의되고 있는 것입니다.
