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by NEW LIFE 뉴라이프 Jun 21. 2023

우주 명상: '우주의 끝'을 생각하다

Universe Meditation

이번에도 아주 사소한 일상의 잡념을 버리고, 광활하고 우리의 이해를 훨씬 뛰어넘는 우주의 신비에 대해 생각해보는 '우주 명상'을 해봅시다.

지난번 주제에서 '우주는 계속 팽창하고 있다', '우주에는 시작이 있고, 유한한 공간이다'라는 것을 알았습니다(*1, *2). 유한하다면 '우주의 끝, 가장자리는 어떻게 되어있을까'라는 의문을 가진 분들도 많으실 것 같습니다. 어린 시절 누구나 한 번쯤은 생각해봤을 법한 질문이지만, 어른이 될수록 일상의 잡념에 묻혀버리고 맙니다. 이에 대해 생각해 보겠습니다.

'우주의 끝'은 어떻게 되어 있을까?

만약 우리가 초고도의 문명을 가지고 빛의 속도를 넘어 우주 끝까지 도달할 수 있다면, 우주의 끝은 어떻게 되어 있을까요?

아래 세 가지 패턴을 후보로 꼽을 수 있습니다(그림 1).

A. 시공간이 단절되어 있다(더 이상 앞으로 나아갈 수 없다).

B. 다른 우주로 연결되어 있다

C. 우주의 반대편에서 나온다.

독자 여러분도 나름대로의 답을 예상해 보시기 바랍니다.

그럼 답을 찾기 전에 2차원 공간에서 생각해 봅시다.

2차원 공간에서의 공간의 확장

그림 2와 같이 2차원의 세계는 전후좌우(XY축)는 존재하지만 상하(Z축)의 개념이 존재하지 않습니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 이 공간은 각 방향으로 무한히 펼쳐져 있는 것처럼 보입니다. 그렇다면 이러한 공간은 '무한'하게 펼쳐져 있는 것일까요, 아니면 '유한'할 수도 있는 것일까요? 만약 이 공간의 앞쪽으로 계속 나아간다면 어떻게 될까요?

익숙한 유사 2차원 공간

여기서 그림 2의 2차원 공간을 다시 보면 매우 익숙한 광경이 보입니다. 그림 3의 왼쪽에서 볼 수 있듯이 우리가 흔히 보는 광경은 2차원 공간과 같은 넓이를 가지고 있으며, 우리가 흔히 사용하는 지도도 2차원으로 표시되어 있습니다(그림 3의 오른쪽). 즉, 지구라는 거시적 관점에서 보면 고층빌딩도 지하상가도 오차범위 내에서 미미한 수준이기 때문에 우리는 거의 지구의 표면에서만 생활하고 있는, 즉 '지구의 표면은 유사 2차원 공간 세계'라고 할 수 있습니다.

지구 표면을 2차원 공간으로 생각하기

그렇다면 지구 표면을 유사 2차원 공간으로 생각해보면, 언뜻 보기에 땅은 지평선이 보일 정도로 멀리까지 이어져 있고, 바다도 수평선이 보일 정도로 끝없이 멀리까지 이어져 있습니다. 하지만 이것이 무한히 이어져 있는 것은 아닙니다. 만약 제트기를 타고 계속 앞으로 나아간다면 어떻게 될까, 현대인은 누구나 알다시피 자신이 출발한 지점과 반대방향으로 돌아오게 됩니다(그림 4 오른쪽).

그리고 이 지구 표면의 2차원 공간은 '유한'한 공간이지만 '끝'은 존재하지 않습니다. 어디까지 계속 나아갈 수는 있지만, 같은 곳을 계속 반복해서 변두리에 도달할 수는 없습니다. 그림 4 왼쪽은 이 2차원 세계를 펼친 지도인데, 노란색 화살표와 파란색 화살표는 2차원 공간적으로는 떨어져 있지만 실제로는 끊어짐 없이 연속되어 있음을 알 수 있습니다.

2차원의 인간은 구면을 지각할 수 있을까?

우리는 원래 3차원 세계의 거주자이기 때문에 구면이 휘어져 있거나, 평평하게 보이는 땅도 사실은 지구라는 구체라는 것을 알고 있습니다. 그렇다면 만약 2차원 세계에 거주자가 있다면, '입체'나 '3차원'이라는 개념이 없는 그들에게 '평면이 휘어져 있다는 것', '구의 표면이라는 것'을 인지하거나 이해할 수 있을까요? 2차원 세계에서 보면 구부러지거나 휘어져도 3차원적인 개념이 없는 그들에게 그것을 인식할 방법이 없을 것 같습니다. 하지만 2차원 세계에 있으면서 3차원적인 변형을 파악할 수 있는 방법도 사실 있습니다. 예를 들어 그 중 하나는 '3각형의 내각의 합'으로도 표현할 수 있습니다.

누구나 '삼각형의 내각의 합=180°'라고 알고 있고, "그거 말고도 다른 게 있나?"라고 생각하는 사람도 있을 것입니다. 그러나 그것은 '전혀 왜곡이 없는 완전한 평면'에서만 성립하는 법칙입니다. 평면의 곡률에는 '+', '-', '±0'의 3가지 패턴이 있으며, 곡률에 따라 삼각형의 내각의 합이 180°보다 커지기도 하고 작아지기도 합니다(그림 5, *3). 예를 들어 '일본과 북극점과 이집트'의 3점을 최단거리로 연결한 삼각형의 내각의 합은 어떻게 될까 하면 그림 5A와 같이 180°보다 커집니다. 따라서 3차원을 인지할 수 없는 2차원 거주자가 있더라도 광대한 규모의 각도를 감지함으로써 '자신이 존재하는 2차원 공간이 평평한지, 휘어져 있는지'를 알 수 있습니다.

3차원적인 공간이 루프할 경우 어떤 구조가 될까?

그림 4의 왼쪽 평면 지도의 끝과 끝을 합치면 그림 4의 오른쪽과 같은 구형의 지구가 됩니다. 마찬가지로 이번에는 3차원 공간의 끝과 끝을 연결한다고 상상해 봅시다. 그림 6에 그 이미지를 실었는데, 먼저 우리가 존재하는 공간의 끝과 끝(그림 6A와 A')을 합치면 원통형이 됩니다. 그리고 마찬가지로 열린 끝과 끝(그림 6B와 B')을 합치면 도넛 모양의 구조가 됩니다(그림 6 오른쪽 아래). 이 구조가 '토러스(*4)'라는 구조입니다. 기본 도형을 한 장의 평면처럼 표현하고 있지만, 실제로는 3차원 공간을 표현하고 있습니다. 그리고 토러스 구조(그림 6 오른쪽 아래)는 3차원보다 더 높은 차원에서 바라본 구조라고 할 수 있습니다.

3차원 세계에서 고차원의 구조를 관찰하기 위해서는

3차원을 직접적으로 인지할 수 없는 2차원 세계에서 시공간 왜곡을 감지하기 위해 3각형의 내각의 합을 측정하는 것이 2차원 평면의 곡률을 구하는 한 가지 방법이었습니다. 그렇다면 3차원 공간의 곡률을 알기 위한 방법으로는 '우주배경복사(CMB, *5)라는 우주의 원초적인 빛을 조사하는 방법이 있습니다. 이는 탐사 위성 COBE(1989-), WMAP(2001-), Planck(2009-) 등의 위성으로 우주의 극초기 빛을 전 방향에서 측정하고 이를 바탕으로 우주의 다양한 정보를 분석하는 방식입니다.

이 우주배경복사의 '2점 상관함수'를 분석하면, 이 우주는 '거의 평평한(곡률이 적은) 토러스 구조', 즉 시공간이 서로 반대편에 있는 끝이 연결된 구조일 가능성이 높다는 것이 최근 연구에서 밝혀졌습니다. 또한 그 토러스(반복 구조의 기본 단위)의 크기는 관측 가능한 우주 크기(광속×허블시간=약 138억 광년)의 3~4배 정도(400~500억 광년)일 가능성이 높다고 합니다(*6).

우주는 '토러스' 구조

우리는 생활 범위에서 땅은 어디까지나 평평한 구조라고 생각합니다. 그러나 거시적인 관점에서 보면 양의 곡률을 가진 유한한 구면이며, 계속 나아가면 언젠가는 원래의 자리로 돌아갑니다. 즉, 지구로 생각하면 '유한하지만 지면이나 해수면이 끊어지거나 하지는 않고', '어디까지 무한히 나아갈 수 있지만(공전할 수 있지만), 다른 행성에 도달할 수 없고', '한 방향으로 계속 나아가면 반대편에서 나타나는' 공간에 우리는 존재하고 있습니다. 그림 8 위에서처럼 평면이지만 끝이 연결되어 끝이 없는 면을 형성하고 있습니다. 우주도 비슷한 구조로 생각되어 '반대편 시공간이 연결되어 있습니다‘ 그림 8 아래처럼 우리가 인식하는 우주는 3차원 공간이지만, 더 높은 차원에서 우주를 보면 그림 8 오른쪽 아래처럼 도넛 모양의 토러스 구조를 취하고 있을 가능성이 높다고 합니다.

첫 번째 질문에 대한 답은

결국 첫 번째 질문에 대한 답은 '우주의 끝'은 '갑자기 시공간이 단절되는 것이 아니고', '다른 우주로 연결되는 것도 아니며', '언젠가는 반대편에서 원래의 장소로 돌아온다', 즉 현대 우주론으로 추론하면 그림 1에서 'C'가 가장 현실적이라고 생각됩니다. 예상대로였나요, 아니면 의외의 대답이었나요?

차원을 인식하고 지각하려면

우리는 육체를 가지고 3차원의 우주 속에서 살아가고 있습니다. 우리 몸은 세포, 단백질, 아미노산, 분자, 원소, 소립자 등 어느 수준에서든 '물질'로 구성되어 있으며, 3차원의 물리법칙이 지배하는 '육체'는 다른 차원으로 이동할 수 없습니다. 그러나 우리가 보유하고 있는 것들 중 '물질'이 아닌 것들이 있습니다. 지금까지의 글을 읽은 독자라면 이미 눈치챘겠지만, 바로 우리의 '의식'입니다다. 의식은 형태를 가지지 않고 물질적인 측면을 가지고 있지 않습니다. 즉, 차원의 벽을 넘을 수 있는 도구 중 하나입니다.

하지만 회사 업무나 지인과의 대화, 집안일 등 일상 생활에서 '차원'을 의식하는 일은 '절대' 없습니다. '차원'을 지각하고 인식하기 위한 방법이 바로 '명상'입니다. 다른 차원을 인식하기 위해서는 '이 3차원 현실세계의 모든 자극을 차단'해야 합니다. 조금이라도 3차원 현실세계를 생각하는 순간 당신의 의식은 '평소의 일상적인 의식'으로 되돌아갈 것입니다. 그렇게 되지 않기 위해서는 어느 정도의 단련이 필요합니다. 의식도 사용법에 따라 '일상의 잡다한 걱정과 스트레스를 만들어내는 도구'가 될 수도 있고, '차원과 우주를 초월할 수 있는 도구'로 단련할 수도 있습니다. 그리고 '명상'이 의식의 변화뿐만 아니라 신체에도 좋은 효과를 가져다 준다는 것은 지난 글에서도 다룬 바 있습니다(*7).

차원을 초월한 세계의 학문=형이상학

이제 과학은 관찰할 수 있는 범위를 넘어 그 너머에 있는 것을 추측하고 분석하는 단계에 이르렀습니다. 그러나 그것은 최근에 시작된 것이 아니라 아인슈타인 시대에는 이미 '아직 과학적으로 발견되지 않은 것을 제시하는 것'이 이루어지고 있었습니다. 과학으로 다룰 수 없는 '형태가 없는, 상식적으로 파악할 수 없는 것'에 대한 학문으로 '형이상학(形而上學)'이 있습니다. 그리고 이 3차원을 넘어선 4차원 이상의 개념도 '형이상학'에서는 수세기 전부터 전해 내려오는 것으로, 아인슈타인도 형이상학에 능통했다고 전해지고 있습니다. '형이상학'은 자연과학을 넘어선 진정한 세계를 이해하는데 도움이 되고, '명상'은 3차원에 있으면서 4차원 이상의 고차원을 인식할 수 있는 좋은 방법이 될 것입니다. 꼭 매일 명상하는 습관을 들여보시기 바랍니다.

저자: Takuma Nomiya I 번역: Sim Min Aa

Profile

Takuma Nomiya 의사・의학박사

임상의사로서 20년 이상 다양한 질병과 환자를 접하며 신체적 문제와 동시에 정신적 문제도 다루고 있다. 기초연구와 임상연구로 다수의 영문 연구 논문을 집필. 그 성과는 해외에서도 인정받아 직접 학술 논문을 집필할 뿐만 아니라 해외 의학 학술지로부터 연구 논문의 피어리뷰 의뢰를 받기도 한다. 증거중심주의에 치우치지 않기 위해 미개척 연구 분야에도 관심을 기울이고 있다. 의료의 미래를 계속 탐구하고 있다.

인용문

출처: NewLife Magazine_명상, 뇌, 행복 호르몬… 의학 시선의 진짜 이야기

宇宙瞑想：“宇宙の果て”について考える｜NEW LIFE

今回も、非常に些細な日頃の雑念を捨て去り、広大で我々の理解を遥かに超える宇宙の神秘に想いを巡らせる「宇宙瞑想」をやっていきましょう。前回のテーマで「宇宙は膨張し続けている

note.com

*1. Hubble E. A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae among Extra-Galactic Nebulae, Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 3, pp. 168-173, 1929.

https://doi.org/10.1073/pnas.15.3.168

*2. 우주 명상: "우주는 영원한가?" 에 대해 생각하다

https://note.com/newlifemagazine/n/n4985749ff8b6 (japan ver.)

https://brunch.co.kr/@newlifekorea/1 (korea ver.)

*3. Cosmic Topology

http://www.scholarpedia.org/article/Cosmic_Topology

*4. 토러스-Wikipedia

https://ja.wikipedia.org/wiki/トーラス

*5. 우주 마이크로파 배경복사(CMB)-Wikipedia

https://ja.wikipedia.org/wiki/宇宙マイクロ波背景放射

*6. Aurich R, Buchert T et al, The variance of the CMB temperature gradient: a new signature of a multiply connected Universe, arXiv:2106.13205 [astro-ph .CO], 24 Jun 2021,

https://doi.org/10.48550/arXiv.2106.13205

*7. 명상, 뇌, 행복호르몬... 의학적 관점에서 바라본 진짜 이야기

https://note.com/newlifemagazine/m/mb580e4b26aa4