by
Nov 25. 2023
우주의 끝은 어디인가?
다중우주,평행우주, 우주는 팽창하고 있나?
우주란?
우주는 행성, 항성, 은하들 및 기타 형태의 물질과 에너지를 포함하는 모든 공간과 시간의 총합이다.
끝이 없을 정도로 무한한 우주의 크기는 아직 정확히 확인되지 않았지만, 추정하기로는 우주의 지름이 대략 930억 광년으로 보고 있다.
한자어 우주(宇宙)라는 말이 우주를 잘 설명해 주고 있다. 우(宇)는 원래 공간(space)을, 주(宙)는 시간(time)을 의미한다. 우주가 하늘과 땅을 지칭하기도 하지만 또한 시간과 공간을 함축한다는 뜻이다.
영어단어로 우주를 살펴보면 고대 그리스어 Cosmos 코스모스는 특별히 혼돈을 의미하는 카오스Chaos 에 반하여 Cosmos 질서를 갖는 체계로서의 우주를 뜻한다.
그 다음으로 Space 우주를 많이 사용하는데 우리가 보통 우주라 할 때 지구 대기권 바깥 공간을 의미하는데 그래서 우주 비행사가 활동하는 우주공간을 Space 라 하고 우주공학이나 천문학에서 보통 Space를 사용한다.
그 다음으로 많이 사용하는 단어가 Universe 우주인데 이는 보다 넓은 의미의 우주다. 특히 우주 전체를 가리키는말로 쓰이는데 물리학에서 우주로 쓰이는 단어다.
그런데 Universe의 U ni 가 라틴어로 하나를 뜻함으로 단일한 하나의 우주를 뜻하는 반면 근래에 와서는 Multi를 붙여서 다중우주란 의미로 Multiverse 라는 단어도 사용한다.
은하계란?
지구와 태양계 및 많은 항성들이 속해 있는 큰 집단을 은하계라고 하며 지구에서 볼 때 은하수라고 한다. 영어로는 the milky way 혹은 그냥 the galaxy 라고 하는데 한국에서는 우리식으로 그냥 우리은하 라고 부른다.
은하는 항성, 성간 물질, 암흑 물질 등이 중력에 의해 묶여져 이뤄진 거대한 천체들의 무리다.
은하들의 크기에 따라 은하들은 적게는 천만개에서 많게는 100조개 사이의 항성들을 가지고 있는데, 이 항성들은 모두 은하의 질량중심 주위를 공전하고 있다. 태양도 지구를 비롯한 태양계 천체들을 거느리고 다른 항성들과 마찬가지로 은하 주위를 공전하고있다.
우리 은하가 속해 있는 국부은하군에는 지름 5백만 광년 정도의 영역에 30개 정도의 은하가 흩어져 있다.
이 은하군에는 우리 은하 외에 안드로메다은하, 마젤란은하, 삼각형자리은하 등이 있다.
다시 은하군보다 큰 천체로서 은하가 수백개 이상 모인 것을 은하단이라 하는데 그 위에 은하단끼리 모인 초은하단이 있다. 우주는 초은하단 사이를 거대한 암흑 물질이 채우고 있다.
마치 지구별에서의 우리 위치를 대한민국 경상남도 00군 00읍 00리 이렇게 지정할 수 있듯이 우주도 이렇게
우주>초은하단>은하단>국부은하군>은하>태양계>지구 이렇게 되어 있다 보면 되겠다.
우리은하의 구성 요소
우리은하는 다양한 구성 요소로 이루어져 있다. 가장 대표적인 구성 요소는 별과 먼지인데 다양한 크기와 형태의 별들이 있고, 이들은 중력에 의해 유지되고 있고 먼지는 주로 우주 공간에서 발생하는 미세한 입자로, 은하 내에서도 많은 양의 먼지가 존재한다. 그래서 갑자기 이외수 작가의 '먼지에서 우주까지'란 책 제목이 떠오른다.
우리은하 내의 태양계 위치
태양계는 은하수라고 불리는 우리 은하의 바깥쪽 나선팔에 위치하는데 우리 은하의 가장자리 70%정도 되는 위치에 있다. 우리 은하에는 은하의 중심쪽으로 나아가는 다양한 천체들이 있는데 태양계는 이러한 천체들과 거리가 멀기 때문에 거의 영향을 받지 않고 안정적으로 운동하고 있다 .
이렇게 별들이 한치의 오차도 없이 서로 정해진 위치의 거리와 인력의 세기로 궤도를 안정적으로 돌고 그 운행을 멈추지 않는 것이 과연 우연이라 볼 수 있을까?
그냥 모두가 확률 제로에 가까운 우연으로 만들어져서 자연 물리법칙으로 자동 돌아가는 것으로 봐야하나?
아님 신이란 이름의 전지전능한 존재의 철저한 계획과 설계로 만들어진 작품이라 봐야하나? 알아갈수록 여전히 문과녀의 머리로는 이해불가일 뿐이다.
우리은하와 다른 은하들과의 비교
우리은하는 우주에 있는 수많은 은하들 중 하나일 뿐이며 다른 은하들과 비교하면 상대적으로 작은 규모다. 이웃하는 안드로메다 은하가 우리 은하보다 더 큰데
은하들이 다양한 크기와 모양을 가지는 이유는 은하 내의 별, 가스, 먼지 등의 구성과 관련이 있다.
우리은하내 태양계의 위치우주의 기원
우주의 기원에 대한 질문은 과학적인 이론과 철학적인 관점에서 다를 수 있는데 그러나 과학적인 관점에서도 현재까지 우주 기원에 대한 완벽한 답은 아직 없다 본다. 아래 이론들은 제시된 몇 가지 중요한 이론들일 뿐이다.
1. 빅뱅 이론: 현재 가장 널리 받아들여지는 우주 기원에 대한 이론이다. 138억 년 전에 우주가 매우 작고 뜨거웠던 상태에서 폭발적인 확장이 일어나면서 현재의 우주로 형성되었다고 한다.
하지만 여전히 빅뱅 이론에 대한 의문이 남아 있는데 예를 들어, 왜 우주의 확장이 가속화되는지 등에 대해 답변하지 못하고 있다.
빅뱅 이론2. 인플레이션 이론: 1980년대에 나온 것으로 빅뱅이론이 설명할 수 없는 내용을 보완시킨 더 발전된 이론이라 할 수 있다. 이론의 핵심은 가상의 우주연료에 있다. 이 연료가 농축되면 짧지만 엄청난 속도의 외부돌진을 일으키는데 그것이 바로 빅뱅이라는 것이다.
이론을 제의한 앨런 구스의 수학적 분석이 상당한 신뢰를 받고 있다. 우주가 팽창하면서 우주연료가 다 소비돼 없어지는 것이 아니라 저절로 재충전되며 충전이 너무나 효율적이라 연료가 결코 고갈되지 않는다고 주장한다.
다시 말해서 빅뱅은 단 한번으로 끝나는 것이 아니라는 말이 되는데 이로서 우주가 우리가 사는 우주만이 아니라 여러 개일 수 있다는 다중우주론이 등장하게 되었다.
3. 다중 우주 이론: 다중 우주 이론은 우주가 여러 개의 병렬 우주로 이루어져 있다고 가정하는 이론이다. 이러한 병렬 우주들은 서로 다른 초기 조건과 물리 법칙을 가지고 있다.
4. 신화와 종교적 설화: 우주 기원에 대한 설화들은 종교나 문화에 따라 다양한 형태로 발전되며 전해져왔는데 주로 우주 기원을 신이나 초월적인 존재의 창조로 받아드린다.
cf)
탐색하다 같은 단어 우주기원설을 만났는데 그 의미는 전혀 다른 내용이라 언급하고 지나간다.
우주기원설은 생명체가 지구에서 탄생한 것이 아니라, 우주에서 지구로 유입되어 발생한 것이라는 주장이다. 즉 말해서 지구생명과 인류의 기원이 우주에서 왔다는 말이다.
이 이론에 따르면, 높은 수준의 지적능력을 가진 외계 생명체가 생명의 씨앗인 미생물을 지구로 보냈고 그것이 진화를 거듭해 지구 생물계가 만들어졌다는 것인데 아직까지 과학으로 입증되지 않았지만 나는 반신반의 흥미로운 사실로 받아드린다.
우주의 끝은 어딘가?
우리가 우주선을 타고 최대 속도로 날아갈 수 있다면 무한한 수의 은하들이 계속 줄지어 나타날까? 아니면, 결국 모든 것이 끝나는 한 지점이 있을까? 끝난다면 어떻게, 무엇으로 끝날까?
일부 과학자들은 우주는 끝이 있다고 주장하기도 한다. 그러나 뉴욕타임스는 "우주가 끝이 있다고 주장하는 과학자들은 우리에게 그 바깥에 무엇이 있는지 알려줄 의무가 있다"라고 응수했다.
결론은 역시나 현재로서는 우주의 끝에 대한 명확한 답은 아직 밝혀지지않았다는 말이다.
반면에 다중 우주론은 이러한 확정할 수 없는 우주의 구조와 다양성을 설명하고자 하는 시도와 노력, 그리고 가정으로 본다.
예를 들어, 우리 우주에서는 물리 상수의 값을 특정하게 정해놓고 사용하고 있지만, 다른 병렬 우주에서는 이 값들이 다를 수 있다고 가정하는 거다.
다중 우주 이론이 사람들에게 관심을 끄는 이유는 이 우주에는 우리가 경험하는 단 하나의 우주뿐만 아니라 여러 개의 병렬 우주가 존재한다는 가설때문이다.
지금 내가 우주라 부르는 이 우주말고 또 다른 우주가 존재한다고 상상해보는 것만으로 머리 한 겹 뚜껑이 열리는 듯 하다. 평행우주에서는 나란 이름의 또 다른 내가 선택하지 않았기에 때로 궁금했던 나의 다른 삶을 살아가고 있을까나?!!!!!!
그럴 가능성이 실제로 있다면 좋겠다 ㅎㅎ
천재물리학자였던 아인슈타인 자신도 상대성이론을 발견하면서 우주가 하나라는 것에 대해 의문을 품었다고 한다.
그도 물리학 법칙이 다 설명해주지 못하는 은하계, 항성, 행성으로 가득 찬 우리 우주에 대해 질문과 의문을 품을 수 밖에 없었을 것이다.
그래서 아인슈타인은 우주의 신비에 대해
“나는 신이 어떻게 이 우주를 창조했는지 알고 싶다. 현상이 어떻고, 스펙트럼이나 원소가 어떻고 하는 것에는 별 관심이 없다. 난 다만 신의 생각을 알고 싶을 뿐이다.” 라고 진정 궁금해했다.
지금까지 우주가 여러 개라는 주장은 터무니 없는 상상으로 외면당해 왔다. 그러나 최근 우리가 사는 우주 외에도 엄청난 수의 우주가 있을 거라는 다중우주론이 점차 탄력을 받고 있으니 언젠가는 우주에 대한 우리의 기존 개념이 다시 바뀔지도 모르겠다.
유니버스에서 멀티버스로 ~~
다중우주론을 한편에서는 ‘우주를 이해하는 한층 더 업그레드된 단계’라고 하는가 하면 다른 한 편에서는 ‘상상력이 지나친 이론가들이 만들어낸 치졸한 이론’이라며 터무니 없는 주장으로 간주하기도 한다.
다중우주론은 러시아 출신 물리학자 안드레이 린데가 처음 제기했는데 이 이론에 의하면 우주는 아주 작은 ‘시공 거품’에서 시작한다. 그 속에서 모든 사건이 인과적으로 연결되어 있는데 그것이 갑자기 팽창하여 하나의 우주가 되고 그것이 포함된 전체 우주는 마치 ‘부글거리며 끓는 죽’과 같아서 이 같은 시공 거품이 하나가 아니고 무수히 많이 생성되었다가 소멸하는 카오스로 본다.
그것을 린데는 ‘다중우주’라고 불렀다. 그 무수히 많은 약 1만개의 시공거품들 가운데 하나가 우연히 우리가 사는 우주가 되었다는 주장이다.(사이언스타임즈)
수많은 우주의 거품 탕 속에서 팽창하는 하나의 우주? 우리 우주도 다중우주라는 거대한 거품 탕(bubble bath) 속에 존재하는 하나의 팽창하는 거품일 수도 있다고 생각 하니 웃음이 난다 ㅎㅎ
사실 우주에 대한 우리의 지식은 끊임없이 수정돼 왔다. 수 천년동안 지구가 우주의 중심이라고 생각했다. 그러나 코페르니쿠스, 케플러와 같은 학자들의 등장으로 지구는 태양의 궤도를 도는 여러 행성 가운데 하나에 불과하다는 것을 알게 됐다.
정말 지금 우리가 생각하는 우주가 수 많은 우주들로 이루어진 거품탕이라는 다중우주 속에서 팽창해 가는 조그마한 우주인지도 모른다.
수 천년동안 우리에게 유일무이했던 태양도 이제는 우리 은하계에 존재하는 수천억 개의 항성 가운데 하나일 뿐이라는 것이 밝혀졌다. 또한 우리 은하계도 우주에 존재하는 수천억 개의 은하계 가운데 하나라는 것을 이제 우리는 알게 됐다. 그러니 이제 다중우주론은 그러한 거대한 우리 우주가 다중우주라는 수많은 우주 중 하나에 불과하다는 이론을 시간이지나면서 받아드리게 될 지도 모른다.
1980년대 처음으로 다중우주가설을 제시되었을 때 학계는 별 반응을 보이지 않았다. 다른 우주들이 여러 개 존재한다 하더라도 그 우주들은 우리가 관측할 수 있는 영역 밖에 존재하기에 다른 우주들은 우리에게 영향을 미치지 않는다 여겼다.
서로 아무런 영향을 주고받지 않은 채 우리 우주는 우리 우주대로, 다른 우주들은 다른 우주대로 각기 존재하는 것이라 생각하다가 암흑에너지의 발견으로 결국 우주는 서로 밀고 당기며 확장해가는 거대한 연결체란 생각으로 다시 전환되었다.
평행우주란?
평행우주는 다중 우주 이론에서의 개념 중 하나로, 우리 우주와는 별개의 독립적인 우주들을 의미한다. 평행우주는 다른 우주가 우리와 동일한 초기 조건과 물리 법칙을 가지지만, 약간의 차이가 발생하여 다른 발전 경로를 따라 진행될 수 있다고 가정한다.
평행우주의 개념은 양자역학에서 파동함수의 다양한 해석을 통해 제안되었다. 양자역학에서는 파동함수가 우주의 상태를 나타내고, 이를 통해 가능한 모든 결과와 확률을 계산할 수 있다. 따라서 파동함수의 다른 해석들은 우주의 다른 가능성을 나타내며, 이를 평행우주로 해석할 수 있다고 본 것이다.
그러나 이는 아직 과학적으로 입증되지 않은 가설이며, 현재까지는 직접적인 관측이나 실험적인 검증이 어렵다. 그러나 다중 우주 이론과 양자역학의 틀 안에서 평행우주 개념은 우주의 다양성과 특별성에 대해 설명해 줄 수 있다.
평행우주 개념은 인플레이션 이론을 기반으로 한 "인플레이션 버블" 개념에서 나오기도 했다. 이 이론에 따르면 초기 우주의 인플레이션 단계에서 여러 개의 인플레이션 버블이 형성되어 각각의 버블은 별개의 평행우주가 될 수 있다고 본 것이다.
흥미로운 것은 이러한 평행우주론과 관련된 영화가 많다는 사실이다. 이는 어쩌면 지금과는 다른 삶이 가능하다는 전제하에 그런 꿈을 꾸어보고싶기 때문에, 아니 그것이 사람들의 바램이기 때문일 지도 모른다.
검색해서 관련영화를 보면서 영화와 함께 우주와 물리과학에도 흥미와 재미를 느껴보는 것도 좋을 거 같아 몇 편 소개해본다.
슬라이딩 도어즈는 내가 가볍고 재밌게 그러나 여성의 입장에선 약간의 울분과 함께 본 작품이다.
우주 팽창론
우주 팽창론은 현대 천문학에서 우주의 확장과 관련된 이론으로서 1920년대 알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 기반으로 제시되었으며, 후에 관측적인 증거를 통해 지지받았다.
우주 팽창론에 따르면, 우주는 초기에 매우 작은 영역에서 시작하여 시간이 흐름에 따라 지속적으로 팽창하고 있는 것으로 이론화되었다. 이 팽창은 우주의 모든 부분이 서로 멀어지는 것을 의미하는데 이는 관측적으로 확인되었으며, 가장 유명한 증거 중 하나는 허블 우주 망원경을 통해 관측된 먼 은하들이 우리로부터 멀어지는 속도가 우주 팽창 속도와 비례한다는 것이었다. 이를 허블의 법칙이라고 한다.
우주 팽창론은 또한 암흑 에너지로 설명되는데 우주의 팽창을 가속화시키는 힘으로 암흑 에너지가 작용한다고 본다. 암흑에너지는 현재로서는 우주공간의 95% 이상을 차지하고 있는 것으로 추정된다.
우주 팽창론은 현대 천문학과 우주학에서 새롭게 중요한 이론 중 하나다.
우주는 무엇으로 구성되어 있나?
우주는 다양한 구성 요소로 이루어지 는데 다음과 같은 것들이 있다:
1. 항성: 태양과 같이 빛을 발하는 별로서 가스와 먼지로 이루어진 거대한 천체로, 수소와 헬륨 등의 원소가 주로 포함되어 있다. 별은 중력에 의해 압축되고, 핵융합과 같은 핵 반응에 의해 에너지를 방출한다.
2. 행성: 행성은 항성 주위를 돌면서 중력으로 인해 형성되는 천체다. 행성은 암석, 가스, 물, 대기 등으로 이루어져 있으며, 여러 가지 크기와 특성을 가지고 있다.
3. 위성: 위성은 행성이나 다른 천체 주위를 돌면서 중력에 의해 유지되는 천체다. 예를 들어 지구의 위성은 달이며 위성은 행성과 마찬가지로 다양한 구성 요소를 가질 수 있다.
4. 은하: 은하는 별, 가스, 먼지, 어두운 물질 등으로 이루어진 거대한 천체 집단이다. 은하는 우리 은하인 은하계를 포함하여 다양한 형태와 크기를 가지고 있다.
5. 가스와 먼지: 우주는 가스와 먼지로 가득 차 있다. 이러한 가스와 먼지는 별과 행성의 형성, 우주의 구조와 진화에 중요한 역할을 한다.
우주는 암흑 물질과 암흑 에너지라는 미지의 구성 요소로도 알려져 있는데
우주 95%가 음의 질량을 가진 이 암흑물질과 암흑에너지로 채워져있다고 본다.
사실 우리 눈에는우주를 촘촘히 차지한 것 같은 은하와 별들은 전체 우주의 5% 밖에 안 되고 나머지 95%는 암흑에너지와 암흑물질이 차지하고 있다는 사실도 알게 되니 놀랍다.
