평행우주의 존재를 믿으시나요?
평행우주와 스티븐호킹
타임머신이 만들어 질 수 있는 가능성에 가속도를 붙인 사람은 스티븐 호킹이다.
호킹은 개인적으로는 타임머신을 기계적으로 제작하는 자체는 불가능할 것으로 생각하면서도 블랙홀은 유입된 정보를 밖으로 내보내지 않기 때문에 타임머신이 가능할 수 있다는 견해를 내놓았다.
호킹 박사가 1975년에 발표한 블랙홀에 대한 설명은 다음과 같다.
‘거대 질량이 수축·붕괴해 생긴 ‘무한히 작은 점’인 블랙홀에는 엄청난 중력이 존재해 모든 것을 빨아들여 파괴되므로 블랙홀에는 아무런 구조도 정보도 없다는 것을 순수한 수학적 계산을 통해 입증했다.’
그는 블랙홀은 블랙홀 중력의 가장자리(사건의 지평선)에선 이른바 ‘호킹 복사’라는 에너지 방출이 일어나 블랙홀은 결국 질량을 잃어 소멸한다고 밝혔다.
호킹 복사는 애초 정보가 아닌 소실된 정보이므로, 결국 과거의 정보는 블랙홀 소멸과 더불어 ‘흔적 없이 존재를 상실한다’는 얘기다.
호킹은 일반 사람들의 상식과는 달리 블랙홀은 소모한 에너지만큼 홀쭉해지기도 하며 마침내 증발하기도 한다고 발표했다.
미니 블랙홀이 에너지를 내뿜을 때는 검은색이 아닌 흰색이 될 수도 있다는 것이다. 현재까지의 이론에 의하면 미니 블랙홀이 소멸되면 그 자리에는 빛만 남게 된다.
이것이 유명한 호킹 박사의 증발 이론으로 이 이론에 따르면 앞에서 말한 웜홀을 통해 시간이동이 가능하며 다른 우주가 있을 수 있다는 상상도 가능하게 해 주는 것이다.
스티븐 호킹의 블랙홀 이론에 의해 파생된 웜홀을 곰곰이 따져보면 색다른 아이디어가 태어날 수 있다.
그것은 다른 세계의 우주 즉 평행우주가 존재할지도 모른다는 것이다.
학자들은 시간의 축을 따라 현재에서 미래로 일방 통행하는 여행과는 달리 공간 축으로 여행할 경우 상황이 달라질지도 모른다는 점에 착안했다.
우리는 공간상 모든 방향으로 자유롭게 움직인다. 휴가를 위해 자동차를 타고 서울에서 부산으로 향하다가 맘이 바뀌면 차를 돌려 설악산으로 갈 수 있다.
공간은 시간과는 달리 어느 특정한 방향성을 갖고 있지 않기 때문이다. 이와 같이 자유로운 공간의 이동성에 대비하여 시간의 경직된 방향성을 물리학에서는 ‘시간의 비대칭성(time asymmetry)’이라고 한다.
이 비대칭성에 착안해 앨리스(G. F. R. Ellis)는 만약에 우주가 무한하다면 우리와 같은 모습을 한 우주 즉 평행우주가 어딘가에 존재하고 있다는 가설을 제기했다.
우주가 무한하다면 우리가 모르는 셀 수 없는 대폭발(Big Bang)이 있을 것이고, 따라서 제각기 나름대로 진화하고 있는 우주가 셀 수 없을 정도로 많이 존재할 수도 있다는 뜻이다.
이를 평행우주(parallel universe)라고도 한다.
인간들은 살아가면서 많은 선택을 하게 되는데 한 번 선택할 때마다 인생 경로가 요동치게 된다.
그런데 평행우주 개념은 인간이 선택해야 할 조건 모두가 가능한 세계가 존재한다는 것을 의미한다.
각각의 세계는 나머지 모든 세계와 똑같고 시간도 동일하다는데 중요성이 있다.
평행우주는 영화에서 자주 나오는 소재이지만 어떤 세계에서는 불만족인 상대방과 결혼해 살지만 다른 세계에서는 결혼 전날 밤에 갑자기 도망치기도 한다.
이러한 평행우주 개념은 아직 확인된 것은 아니지만 양자론의 세계에서는 가능하다는 것이 물리학자들의 설명이다.
양자론의 세계에서는 우리가 일상적으로 경험하는 거시 세계에서 일어나는 것과는 아무관계도 없는 기이한 일들이 일어난다. 양자론은 확률과 중첩이라고 부르는 모호한 상태가 도입된다.
예를 들어 한 입자가 두 가지 스핀 상태(업과 다운)를 가질 수 있다고 할 때 우리가 그것을 측정하기 전까지는 그 입자의 스핀은 업일 수도 있고 다운일 수도 있으며 또는 업과 다운이 중첩돼 있을 수도 있다.
이렇게 모호한 중첩 상태에 있는 그 입자에게는 자신만의 평행우주들이 존재하는 셈이다.
양자론에 따르면 이러한 중첩 상태는 그 계가 관측되고 측정되기 전까지만 존재한다. 누군가 어떤 상태를 측정하려고 시도하는 순간, 결정되지 않은 모든 상태는 독자들이 존재하는 우주에서 붕괴해 단 하나의 결과만 남게 된다.
1957년 프린스턴 대학교의 휴 에버렛 3세(Hugh Everett III)는 존 휠러(John Wheeler) 교수의 지도하에 매우 색다른 양자론의 영향에 대해 도전했다.
그는 우선 슈뢰딩거의 파동방정식(입자를 파동 또는 중첩된 파동들의 합으로 기술하는 방정식)을 기본으로 모든 가능성 또는 상태가 실제로 존재하는 상황을 추론했다. 즉 측정하는 순간 중첩 상태가 붕괴하는 대신에 각자의 우주에서 계속 존재할 수 있다고 가정한 것이다.
중첩 상태에서 입자에게는 자신만의 평행 우주들이 존재한다. 그런데 우리가 측정을 하는 순간, 특정 결과(예컨대 스핀)만이 우리가 경험하는 현실의 일부가 된다. 나머지 가능한 결과들은 사라지는 것이 아니라 각자 자신의 현실 세계를 걸어가게 된다. 이것은 하나의 우주에 하나의 현실만 존재한다고 보는 대신에 다중 우주에서 모든 현실이 존재한다고 보는 이론이다. 이 이론은 시간여행을 할 때 발생하는 모순을 극적으로 피하게 만들어준다.
한 예로 당신이 1930년대의 과거로 돌아가 히틀러를 저격했다고 가정한다면 바로 그 순간에 우주가 2개의 평행우주로 나누어진다는 것이다. 즉 살아있는 히틀러는 우주1에 존재하고 죽은 히틀러는 우주2에 존재한다. 그러므로 당신이 우주2의 현재로 되돌아가면 옛날 신문에서 히틀러가 살해된 기사를 볼 수 있다. 그러나 당신이 떠난 우주 즉 당신이 히틀러를 죽이지 않은 우주는 다시 돌아갈 수 없는 우주라는 설명이다.
휴 에버렛이 내세운 이론에 따르면 우주는 매 순간마다 셀 수 없을 만큼 많은 평행 우주로 갈라진다. 그러므로 각각의 우주는 매 순간에 일어날 수 있는 수없이 많은 사건들이 결합된 것 중에 하나이다. 따라서 일어날 수 있는 사건들의 모든 경우를 조합한 무한한 수의 우주가 존재하는 셈이다.
엄밀한 의미에서 물리학자들이 말하는 다중 우주는 양자의 틀에서만 존재한다. 그러나 작가들은 이러한 이론을 확대해 새로운 우주를 창조하는데 주저하지 않았다. 허균의 ‘홍길동’도 다음과 같은 원리로 그야말로 수많은 작품으로 재구성될 수 있다.
‘무한한 수의 우주가 존재한다면 상상 가능한 모든 경우의 사건이 존재할 수 있다. 즉 어떤 사건이건 그것은 어느 곳에선가 진실로 일어날 수 있다. 어느 한 우주에서는 허균의 작중 인물인 홍길동이 허균이 생각한 그대로 실제로 행동하며 살아갈 수 있다. 또 허균이 상상하지만 적지 못했던 홍길동의 모든 변형된 형태의 삶을 살아가는 무수한 홍길동의 우주들도 존재한다. 이것은 우리가 묘사하거나 상상할 수 없는 상황들이 벌어지는 무한한 수의 우주들이 존재할 수 있기 때문이다.’
필립 K. 딕이 1962년에 발표한 ‘높은 성의 사나이(The Man in the High Castle)’에서 제2차 세계 대전 후 미국 북부는 일본군에게 점령되고 남부는 독일군에게 점령된다. 로봇 해리스의 ‘조국(Fatherland)’에서는 독일의 제3세계가 아직 건재한다.
마이클 크라이튼의 ‘타임라인(Timeline)’에서도 이러한 아이디어를 차용했다. 그는 우리가 경험하는 세계는 그와 동등한 많은 세계 중 하나라고 가정한다. 고고학 전공의 교수와 대학원생들로 구성된 한 대학연구팀이 프랑스에서 14세기 전투의 유적물을 발굴하던 중, 팀 리더인 존슨 교수가 사라진다. 그의 안경이 한 봉인된 방에서 발견되고, 팀들은 이내 교수가 타임머신을 통해 14세기로 시간여행을 떠났음을 알게 된다.
곧 그가 위기에 처했음을 알게 되면서, 일행은 그를 구하기 위해 영국과 프랑스간의 ‘백년전쟁’ 시절로 돌아갈 계획을 세우는데 그들이 여행하는 세계는 그들이 살아온 세계로 여행하는 것이 아니라 자신이 살던 세계와 평행적인 다른 세계로 여행한다.
이 경우의 장점은 여행자가 도착한 다른 세계에서 그의 아버지를 살해하거나 어머니와 결혼해도 문제가 되지 않는다. 그가 도착한 세계에서 그의 의지에 따라 새로운 역사를 만들 수 있기 때문이다.
그의 이런 발칙한 상상이 아무런 모순점이 없다는 것은 물리학 지식을 이용한 ‘평행우주’라는 개념을 초기에 설정했기 때문이다. 우리가 모르는 우주들이 있고 그것들은 각각의 다른 역사를 갖고 있을 것이므로 우리의 과거 미래 또는 갖가지 다른 역사를 가진 우주가 존재한다는 것은 그렇게 무리한 설명은 아니다.
국내에서 만들어진 게임 ‘창세기전’에도 유사한 이론이 나온다. 시간여행의 모순점으로 미래의 사람이 타임머신을 통해 과거로 들어가 역사의 진행을 방해할 경우 미래 세계에 큰 영향을 미친다는 반발을 ‘평행세계’ 이론으로 교묘하게 빠져나간다.
에버렛의 평행 우주 이론은 과학자보다는 SF작가들에게 절대적인 힘을 발휘했는데 옥스퍼드 대학교의 데이비드 도이치가 다중 우주 개념을 강하게 옹호하고 나섰다.
그는 두 개의 슬릿을 통해 빛을 비출 때 나타나는 간섭무늬의 밝은 줄무늬와 어두운 줄무늬를 새로운 개념으로 설명했다. 기존의 물리학에서는 빛이 파동처럼 행동하기 때문에 중첩된 파동이 상쇄하면서 어두운 부분이 나타난다고 설명한다. 그러나 도이치는 보이지 않는 ‘그림자’ 빛 입자, 곧 평행 우주에서 온 광자가 빛과 간섭을 일으켜 어두운 줄무늬가 나타난다고 설명한다.
다소 이해하기 어려운 설명이지만 수 넬슨은 다음과 같이 설명했다.
‘가까이 늘어선 두 슬릿 사이로 한 번에 광자를 하나씩 통과시키는 실험에서 나타나는 예기치 못한 결과도 설명할 수 있다. 두 슬릿을 열어놓으면 전형적인 간섭무늬가 나타난다. 슬릿 하나를 닫아놓으면 광자들은 열려 있는 슬릿을 한 번에 하나씩 통과한다. 다른 슬릿을 통해 지나온 광자가 없기 때문에 각각의 광자는 간섭을 일으키지 않아 스크린에는 간섭무늬 패턴 같은 것이 나타나지 않는다.
그런데 슬릿을 통과하는 광자의 수를 증가시키면 간섭무늬가 서서히 나타나기 시작한다. 스크린에 비치는 광자들은 밝은 줄무늬와 어두운 줄무늬로 늘어서기 시작하고 마침내 충분히 많은 광자들이 통과한 뒤에는 완연한 간섭무늬를 이루게 된다.
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