사이언스 올제

우주론 거대한 우주 청룡열차 타기

우주 인플레이션은 우리의 우주가 그보다 훨씬 더 큰 어떤 영역 속에 들어 있음을 나타내는 신호일까?

글 Cliff Burgess, Fernando Quevedo

여러분은 @우주론자(cosmologist, 우주론을 연구하는 사람. 우주론은 우주의 구조, 진화, 기원 등을 연구하는 천문학의 한 분야이다.)들이 반경 460억 광년에 1021개의 별들로 가득 차 있는 우주에서 밀실 공포증을 느낄 거로 생각하지는 않을 것이다. 그러나 21세기 우주론에서 새롭게 떠오르는 주제 중 하나가, 우리가 볼 수 있는 모든 것의 총체로서 우리가 알고 있는 우주가 전체 공간에서 아주 작은 영역에 불과할 수도 있다는 것이다. 다양한 평행우주(parallel universe)들로 구성된 광활한 “다중우주(multiverse)"가 종종 우주론 이론들의 부작용으로 등장하고 있다[Max Tegmark의 “Parallel Universes” 사이언스 올제 2003년 6월 호 참고]. 그러나 우리가 그런 다른 우주들을 직접적으로 관찰할 가능성은 거의 없다. 왜냐하면, 그것들은 너무 멀리 떨어져 있거나, 어떻게든지 우리의 우주로부터 분리되어 있기 때문이다.

그러나 일부 평행우주들은 우리 우주와 분리되어 있을지라도, 여전히 우리 우주와 상호작용하고 있을 수 있다. 이 경우, 우리는 그 평행우주들의 직접적인 효과를 관측할 수 있을 것이다. 이러한 다른 세계의 존재가능성은 자연에 대한 근본적인 법칙으로서 현재 가장 유망한 후보인 @끈 이론(string theory, 끈이라 불리는 작은 1차원적 물체가 자연의 근본물질이라는 가정에서 출발한 일종의 통일장이론. 미시세계를 다루는 양자역학과 거시세계를 다루는 일반상대성이론을 조화롭게 통합한 이론이다.)이라는 형태로 우주론자들의 관심을 끌어왔다. 비록 끈 이론이라는 이름의 원인인 끈들은 극히 작지만, 끈의 성질을 좌우하는 원리들이 더욱 큰 새로운 종류의 막과 같은 물체, 짧게 “브레인(brane)”이라는 물체의 존재도 예측하고 있다. 특히 우리의 우주는 처음부터 9차원 공간 속에 놓인 3차원 브레인일 것으로 생각된다. 높은 차원 공간의 형태변형이나 다른 우주 간의 충돌이 천문학자들이 현재 관측하는 현상들 중 일부를 일으켰을지도 모른다.

끈 이론은 최근 호의적이지 못한 비평도 일부 받고 있다. 그러한 비판은 다양하며, 이 글의 범위를 넘어선다. 그러나 개중 가장 타당한 비평은 끈 이론이 앞으로 실험적인 테스트를 받아야만 한다는 것이며, 이는 지극히 정당한 우려라 할 수 있다. 그래도 끈 이론 비평은, 극도로 미시적인 규모를 다루는 이론을 테스트하는 일이 지닌 일반적인 어려움을 토로하는 반복적인 언급보다는 그 정도가 약하다. 고리양자중력이론(loop quantum gravity)과 같이, 현재까지 제안된 모든 기본적인 법칙들도 이와 동일한 문제에 직면하고 있다[Lee Smolin의 “Atoms of Space and Time” 사이언스 올제, 2004년 2월호 참고]. 끈 이론가들은 계속해서 자신의 이론을 시험할 수 있는 방법을 찾고 있다. 가능성이 높은 한 접근방식은 끈 이론이 우리 우주의 불가사의한 일면들을 어떻게 설명할 수 있을지 연구하는 것이다. 우주의 수수께끼 중 무엇보다도 첫째가 바로 시간이 지남에 따라 우주팽창 속도가 변하는 방식이다.

<단어>

●cosmology - 우주론 ●parallel universe - 평행우주 ●multiverse - 다중우주

●string theory - 끈 이론 ●brane - 브레인 ●loop quantum gravity - 고리 양자 중력이론

●dark energy - 암흑에너지 ●inflation - 인플레이션 ●particle physics - 입자물리학

●cosmic microwave background radiation - 우주배경복사

●homogeneity - 균질성 ●energy density - 에너지밀도 ●European Space agency - 유럽우주국

●Planck observatory - 플랑크 관측위성 ●scalar field - 스칼라 장 ●vector field - 벡터장

●closed string - 닫힌 끈 ●open string - 열린 끈 ●vibration - 진동 ●spacetime - 시공간

●extra dimension - 여분의 차원 ●brane world - 브레인세계 ●antibrane - 반브레인

●antimatter - 반물질 ●the string theory landscap - 끈 이론의 풍경

●moduli inflation - 모듈라이 인플레이션 ●inflaton - 인플라톤 ●gravitational wave - 중력파

●cosmic string - 우주 끈 ●quantum theory of gravity - 양자 중력 이론

●hidden dimension - 숨겨진 차원 ●radiation - 복사