기사는 과학자들이 최신의 관측과 분석으로 우리우주에 관해 새롭게 알아낸 내용이다. 우리우주는 지금까지 알려진 것보다 더 빨리 가속팽창하고 있다고 한다. 우리우주에서 중심은 어느 공간(행성, 별, 은하)이든지 가능하고(등방성), 어느 방향으로나 균일하게 가속팽창하고 있다(균일성). 이것은 우리우주의 어느 공간에서 인접한 공간보다 더 멀리 떨어져 있는 공간이 더 빠른 속도로 멀어지고 있다는 의미이기도 하다. 기사의  요점은 그렇고, 필자 나름대로 상상력을 덧붙여본다.

     기사 링크 : 우주에도 방향이 있을까? - ‘우주 등방성’ 밝혀졌다


기사에서 ‘우리우주는 어떤 특정한 축을 중심으로 회전(마치 지구의 자전)을 하고 있지는 않다.’고 했다. 관측 결과가 그렇게 말해주고 있다. 생각해보면 우리우주가 등방성과 균일성이라는 특성을 갖는다면 회전축이 있을 수 없을 것이다. 회전축이 있는 상태에서 등방성을 가질 수 있을지는 몰라도 전체가 균일해지려면 특정한 공간에서는 다른 공간과 비교해서 에너지 사용에 변화가 일어날 것이다. 어떤 초월적인 존재가 인위적으로 균일해지도록 조종하지 않는 한 균일해질 수 없을 것이다. 아무튼, 우리우주는 어떤 축을 중심으로 자전 같은 것은 하지 않는다는 관측 결과가 나왔다.


그렇다면 이런 생각을 해볼 수 있다. 우리우주의 특정한 중심 공간이 따로 없으니까 자전을 안 하는 것이지 우주라는 것 자체가 생성될 때부터 (우리우주 이외에 다른 우주들도 있다는 가정 하에) ‘우주라는 것은 자전을 할 능력이 없으니라’ 라고 선고된 것은 아닐 수도 있다는 얘기다. 달리 말하면, 우리우주 외에 그 어떤 다른 우주에서는 자전을 하는 경우도 있을지도 모른다.


또는 소위 암흑물질처럼 아직 정확히 밝혀지지 않은 우주의 어떤 구성물질 또는 아애 생각지도 못했던 그 어떤 물질 또는 에너지가 소위 행성이나 별들의 자전 같은 운동을 대신하는 그 어떤 운동을 하긴 하는데 아직 그것을 현대과학이 알아내지 못한 것인지도 모른다. 왜 이런 생각을 하냐하면, 그래야만 우리우주의 균일성이 쉽게 설명될 수 있기 때문이다. 우리우주가 어떠한 과학적 원리로 균일한가는 아직 정확히 알려져 있지 않다.


쉽게 말해서, 우주에서 안정적인 궤도를 운행하고 어느 정도 규모를 갖춘 행성, 별들은 전부 다 축구공 같은 구체인데, 3차원 세계에는 직육면체도 있고 원뿔도 있고 튜브형도 있고 다양한 형태가 많은데 왜 하필 한결같이 구체인가를 생각해보면 자전이라는 운동의 역할이 크게 작용하기 때문이다. 구체는 3차원 형태 중에 가장 안정적인 형태이다.

즉, 우리우주가 등방성과 균일성 같이 안정적인 특징을 가지는 것은 자전 같은 운동을 하기 때문이라고 직관적으로 상상할 수 있는데 관측 결과로는 자전한다는 어떤 증거도 찾을 수 없었다고 한다.

여기서 행성과 별의 자전은 그 물체의 내부의 힘의 작용으로 생성되는 운동이다. 그렇다면 우리우주 자체도 같은 맥락으로 추측할 수 있다. 우리우주가 안정적인 균일성, 등방성을 지니는 이유는 우리우주 내부의 어떤 에너지의 작용으로 그렇게 되었을 것이다. 단지 그것이 자전처럼 보이지 않을 뿐이지 실제로는 행성이나 별의 자전과 비슷한 역할을 하는 그 어떤 작용이 있을 것이다. 그것이 무엇인지는 아직 정확히 밝혀지지 않은 것 같다.

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시선을 밖으로 돌려서, 우리우주가 균일성, 등방성이라는 안정적인 특성을 지니게 된 것은 우리우주의 내부적인 무엇 이외에 외부적인 어떤 작용의 영향도 있을 수 있겠다고 상상해볼 수 있다.

지구의 해수면은 달의 중력의 영향으로 밀물이 되거나 썰물이 된다. 매우 심하게 과장해서 말하자면, 지구는 달의 영향으로 계란 모양이 되기도 한다는 뜻이다. 달이 대륙 위에 떠 있으면 지구는 본연의 공모양을 유지하고, 달이 대양 위에 떠 있으면 지구는 계란 모양이 되는 것이다.

이런 맥락으로 우리우주 밖에 (아직 현대 과학으로 관측 불가능한 미지의 영역이지만) 우리우주와 비슷한 그 어떤 다른 우주가 인접해 있다면 그 어떤 작용(중력이든지 다른 어떤 작용이든지)으로 우리우주의 균일성과 등방성에 어떤 형태로든 영향을 끼칠 것이다. 그러나 최근 우리우주의 관측결과만으로 봤을 때 균일성과 등방성은 거의 안정적이므로 아마도 우리우주에 어떤 영향을 끼칠 수 있는 능력을 갖춘 또 다른 우주가 우리우주에 인접해있지는 않다고 추측해볼 수 있다.

조금 다른 경우겠지만, 우리우주에는 지구가 속한 태양처럼 나 홀로 항성인 경우보다 쌍성(binary star, 두 개의 별이 매우 인접해 있음)이 많은 편인데 우리우주는 이런 맥락의 ‘쌍우주(binary universe, 필자가 만든 용어)’는 아닐 가능성이 높다고 추측해볼 수 있다. 만약 우리우주가 쌍우주에 속한 하나의 우주였다면 균일성과 등방성에 어떤 특이한 변화를 관측할 수 있었을 것이다. 그러나 그렇지 않았다. 아마도 먼 미래에 인간이 우리우주 밖의 세계를 관측할 수 있다면 쌍우주를 발견할 수 있을지 기대해본다. 만약 우리우주 같은 우주가 인접해 있어서 상호간에 어떤 작용을 한다면 각각의 우주에서는 어떤 현상이 일어날지 궁금하지 않을 수 없다.


더불어, 마치 지구와 달 또는 목성과 위성들의 관계처럼 우리우주와 매우 인접한 다른 우주를 상상해볼 수도 있다. 이것은 거의 같은 규모와 특징을 지니는 쌍우주와는 다르다. 이 경우는 두 우주가 규모와 특징 면에서 서로 매우 큰 차이가 있는 경우이다. 여기서 반드시 우리우주가 지구 또는 목성 같은 위상은 아닐 수도 있다. 달 또는 위성의 위상일지 누가 알겠는가? 반드시 우리우주가 이런 형태는 아니더라도 어떤 다른 우주 중에는 이런 형태를 취하고 있을 지 모를 일이다. 먼 미래에 우리우주 밖을 관측할 수 있을 때 비로서 확인할 수 있을 것이다.

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더불어 상상해볼만 한 것은 우리우주가 가속팽창할 때 내부의 어떤 영향에 의한 균일성과 등방성이 계속 유지보존 될 수 있는 것은 우리우주 밖의 상태가 소위 걸리적거리는 방해물이 없는 환경이라고 추측해볼 수 있다. 또는 우리우주 외부에서 어떤 영향력 있는 무엇이 작용하기는 하지만 우리우주 내부에서 어떤 작용에 의해 추진되는 균일성과 등방성의 가속팽창이 영향을 받지 않을 정도로 미약하기 때문이라고 추측해볼 수도 있다.

비유적으로 말하면, 어린이가 풍선껌을 씹다가 가장 둥글고 크게 풍선을 만들고자 심열을 기울여 입안에서 균일성과 등방성이라는 주문을 떠올리며 폐의 공기를 풍선껌에 불어넣는데, 어린이가 자신의 방에서 문과 창문을 닫고 풍선껌을 부는 것과 앞마당에 나가서 마침 태풍이 폭풍을 몰고 와서 비바람이 거세게 몰아치는 날씨에 풍선껌을 부는 것은 큰 차이가 날 것이다. 게다가 풍선껌을 크게 불면 불수록 그 차이는 더욱 커질 것이다. 여기서 풍선껌을 우리우주라고 생각하고 방안의 조용한 공기 그리고 앞마당의 폭풍에 의한 비바람은 우리우주 밖의 어떤 환경이라고 생각해보면 무슨 말인지 알 수 있을 것이다.

현재 우리우주 외부의 상태는 풍선껌을 부는 어린이 방의 실내공기처럼 풍선컴이 부풀어 커지는데 (앞마당의 궂은 날씨와 비교하자면) 그다지 영향을 끼치지 못하는 고요한 상태라고 추측할 수 있다. 예를 들어, 우리우주와는 비교도 안 될 정도로 물질 또는 암흑물질 또는 에너지가 존재하지 않는 거의 텅 빈 공간일 가능성이 높다고 추측해 볼 수 있다. 아니면 우리우주 밖에는 우리우주와는 전혀 다른 형태의 (기본적인 암흑물질은 같더라도 조합이나 밀도가 다른) 시공간 또는 그 보다 더 복잡한 다차원 공간일 수도 있을 것이다.

비유적으로 말해서 우리우주가 유성잉크라고 치고 우리우주 밖의 공간은 수영장이라고 할 때, 스포이트로 잉크를 조금 흡수했다가 수영장의 잔잔한 수면 위에 찔끔 떨어뜨리는 것이 우리우주의 생성이라고 가정할 때 수영장의 수면이 잔잔할수록 잉크는 원의 형태로 균일하게 퍼져나갈 것이다. (실제로는 수면의 마찰, 바람의 영향 등의 여러 장벽들이 존재하지만 무시하고 생각해보자) 유성잉크와 수영장의 물은 다른 성질의 물질이지만 미시의 세계의 관점에서 보면 기본 입자들로 구성된 같은 혈육이다.


한 가지 상식적인 얘기를 하자면, 우리우주가 가속팽창하면서 균일성과 등방성을 유지하는 것은 아주 미시적인 입자들이 지능이 있어서 또는 단세포 생물처럼 유전적인 본능의 작용에 의해서 그렇게 행동하는 것은 아닐 것이다. 아직 정확히 알려진 것은 없지만 아마도 따로따로의 작용이 합쳐진 결과일 것이다. 즉, 우리우주가 팽창하도록 되어진 것은 그 어떤 무엇의 작용 때문이고, 그 팽창에 가속도를 붙이는 것은 또 다른 무엇의 작용 때문이고, 등방성은 또 다른 그 어떤 무엇의 작용 때문이고, 균등성도 또 다른 그 어떤 무엇의 작용 때문일 거라는 생각이 든다. 그렇다고 이들 무엇들이 서로 전혀 별개까지는 아닐테고 서로에게 영향을 주거니 받거니 하면서도 자신만의 주요 업무에 몰입하고 있을 것이다.

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그건 그렇고, 우리우주의 팽창은 어떤 방식으로 실행될까? 일단 현재까지 관측된 결과에 의하면 빛보다 빠른 속도로 가속팽창하고 있다고 한다. 빛보다 빠르게 팽창하고 있다니 어마어마한 속도가 아닐 수 없다. 한편으로는 우리우주가 어마어마하게 거대하니까 그 큰 덩치에 비하면 그 정도는 꿈틀대는 정도라고 상상할 수도 있다. 어쩌면 먼 미래에는 빛보다 몇 배 이상 빠르게 가속팽창할지도 모른다. 물론, 전혀 예상 밖으로 감속팽창할 수도 있다. 마치 인간이 태어나서 키가 계속 성장하다가 30대 후반부터는 노화로 인하여 작아지는 현상과 비슷하게 말이다. 다양한 가설이 있다. 그냥 영원히 가속팽창할거란 가설도 설득력이 없는 것은 아니다. 팽창속도가 감속할지도 모른다는 그 어떤 과학적 관측 결과가 현재까지는 나오지 않았기 때문이다.


우리우주가 균등성과 등방성을 유지하면서 빛보다 빠른 속도로 팽창할 수 있는 것은 아마도 양자적인 특징을 활용한 방식으로 팽창하기 때문이 아닐까? 상상력의 날개를 펼쳐본다. 그저 필자의 추측일 뿐이다. 균등성과 등방성은 어디까지나 거시적으로 살펴봤을 때 그렇다는 것이지 세부적으로 들어가면 들쑥날쑥 제멋대로일 것이다. 마치 지구를 달에서 바라보면 매끈하게 둥글둥글하지만 지표면에 근접한 상공에서 바라보면 수많은 산과 바다와 들과 도시로 울퉁불퉁한 것과 같은 맥락이다.


"설명을 위해서 우리우주 전체가 축소되어 지구 정도의 크기라고 가정해보자. 어느 날 지구는 금지된 장난을 저지른다. 이상한 나라의 앨리스가 먹었던 몸이 줄어드는 약물을 먹은 것이다. 이제 지구의 크기는 지름이 100킬로미터인 구체이다. 지구는 전능한 창조주에게 구원해달라고 기원한다. 창조주는 눈 깜짝할 사이에 본래 크기로 되돌릴 수도 있었지만 지구에게 깨달음을 주기 위해서 다른 방법으로 커지도록 (지구의 몸집이 팽창하도록) 한다. 창조주는 천사들을 대령하도록 지시한다. 그러나 천사들은 바로 전날 안드로메다 성단의 지구보다 훨씬 아름답고 푸른 행성으로 단체 소풍을 떠났기 때문에 아무도 나타나지 않는다. 창조주는 자신을 남겨두고 지들만 갔다는 것에 속이 끓어올랐지만 언젠가 싯다르타에게서 전수받은 수행법을 활용하여 열반의 경지에 이르러 세속적인 욕망을 초월하고 천사들 대신 정령들을 모아 지구로 특파한다.

수많은 정령들은 한두 번 장사해본 일은 아니다. 각자 알아서 지구 곳곳에 뿔뿔이 흩어져서 자리를 잡는다. 정령 각자는 나팔꽃 모양의 불꽃발사기를 갖고 있다. 우주의 에너지로 탄환을 만들어 장전해서 발사하면 창공에 아름다운 불꽃이 만들어진다. 그런데 이 불꽃은 그냥 단순한 불꽃이 아니다. 창조주의 은총이 들어있는 불꽃이다. 이 불꽃들이 지름 100킬로미터로 작아진 지구를 본래 크기로 되돌릴 것이다.

정령은 불꽃발사기를 창공을 향해 발사한다. 그런데 매우 특이한 특징이 있다. 이 불꽃들은 상식적인 불꽃과 전혀 다르다. 위로 발사되는 순간 즉시 불꽃발사기에서 사라진다. 총구에서 나가는 순간 사라진다. 탄환이 지표에서 궤적을 그리며 상승하는 것이 아니다. 탄환이 불꽃발사기에서 사라지는 것과 동시에 지표에서 정확히 1킬로미터 또는 1.5킬로미터 또는 2킬로미터에 해당하는 창공에서 불특정한 장소에 출현하고 폭발하여 아름다운 불꽃을 수놓는다. 마치 지상에서 1킬로미터, 1.5킬로미터, 2킬로미터 높이에 눈에는 보이지 않는 거대한 풍선이 지구를 둘러싸고 있고 그 표면에만 불꽃이 터지는 것처럼 보인다. 다른 고도의 창공에서는 전혀 불꽃이 터지지 않는다.

아름답게 터진 불꽃은 그 모습 그대로 창공에 멈춰있다. 마치 하늘에 물감을 흩뿌린 것 같다. 이런 식으로 지구 곳곳에 흩어져 있는 수많은 정령들이 창공에 불꽃을 그려놓는다. 이때 또 한 가지 상식적이지 않은 특이한 점이 있는데 예를 들어 어떤 정령이 남산에서 상공을 향해 불꽃발사기를 발사했다고 해서 반드시 남산 하늘의 1, 1.5, 2킬로미터 상공에 불꽃이 터지는 것은 아니다. 어느 지점이라고 예측할 수 없지만 다른 지역의 상공에서 불꽃이 터지는 경우도 많다. 마찬가지로 에베레스트 산에서 발사한 불꽃 탄환이 즉시 사라졌다가 남산 상공에서 불꽃으로 터지는 경우도 충분히 가능하다는 뜻이다. 그런 식으로 하늘에 불꽃으로 빼곡히 채워놓는다.

잠시 후 그 불꽃 형태들은 엄청나게 빠른 속도로 흙과 암석으로 변한다. 그렇게 지구는 크게 성장한다. 지상에서 1, 1.5, 2킬로미터만큼 떨어진 곳에만 일정하게 불꽃이 터지는 관계로 효율적으로 작업 속도가 빨라진다. 또한 그런 방식으로 커진 지구 표면 위에 올라서서 정령들은 동일한 방식으로 불꽃발사기를 창공으로 발사하는데 불꽃탄환의 성능은 점점 좋아진다. 예를 들면, 1, 1.5, 2킬로미터였던 사정거리가 2, 3, 4킬로미터로 높아지는 것이다. 또한 창공에서 터진 불꽃이 매우 인접해 있었을 때 서로 다른 불꽃의 파편들이 우연히 충돌해서 새로운 불꽃을 수놓기도 한다. 이렇게 지구는 점점 더 빠른 속도로 커져서 본래 크기로 돌아온다. 지구는 다시는 작아지는 약을 먹지 않겠다고 창조주 앞에서 다짐한다.

수많은 정령들은 열심히 일했으니까 자신들도 천사들처럼 단체로 휴가를 보내달라고 한다. 마침 천사들이 안드로메다 성운에서 돌아와서 업무에 복귀해 있기에 창조주는 그렇게 하라고 허락한다. 정령들은 창조주가 천사들에게 불만을 품었던 지난날을 회상하며 한사코 거부하는 창조주를 대동하고 휴가를 떠난다. 대신 간단히 끝내려고 대충 발 닿는 곳으로 향한다. 방금 전까지 정령들이 열심히 일했던 지구로 휴가를 온다.

그 사이 뜨거웠던 지구는 선선하게 식었고 수많은 동식물이 살아가고 있었다. 아직 지구에는 침팬지가 가장 지능이 높은 생명체였던 시대였다. 수많은 정령들은 창조주와 함께 즐겁게 춤추며 노래한다. 신들이 마신다는 술도 거하게 마신다. 창조주는 상금을 내걸고 대회를 개최한다. 그 대회에서 1등한 자에게는 특별히 소원을 들어주기로 한다. 어떤 젊은 정령이 창조주를 배꼽 터지게 웃겨서 1등을 한다. 그 젊은 정령은 자신의 연인과 함께 지구에서 사는 것이 소원이라고 말하고 창조주는 그렇게 해준다. 창조주는 부상으로 에덴동산이라는 거처를 만들어주기까지 한다. 아담과 이브는 그렇게 지구에 살게 되었다."


위의 B급 동화에서처럼 불꽃발사기는 양자적인 특징으로 불꽃을 터뜨리고 그것은 지구가 성장하는데 즉 우리우주가 팽창하는데 중요한 역할을 한다. 팽창에 이끄는 불꽃탄환은 불꽃발사기에서 발사되는 순간 사라져서 일정한 고도만큼 떨어진 상공의 불특정한 장소에서 불꽃을 터뜨리는 특징이 중요하다. 중간에 궤적을 그리며 상승하지 않는다. 따라서 1킬로미터 떨어진 고도에서 불꽃이 터지든, 2킬로미터 떨어진 지점에서 불꽃이 터지든 소요되는 시간은 같다. 게다가 남산에서 두 명의 정령이 완전히 동시에 불꽃발사기를 발사했는데 한 발은 바로 남산 위에서 불꽃을 수놓았고 다른 한 발은 남극 대륙의 상공에 출현해서 불꽃을 수놓았는데 이때도 소요되는 시간은 동일하다. 이것도 비상식적인 특징이다. 추가로 창공에 수놓아진 서로 다른 불꽃들이 매우 인접해 있을 때 각각의 파편들이 우연히 서로 충돌해서 새로운 불꽃을 수놓기도 하는 특징도 있다.


아직 우리우주에 대해서도 알고 있는 것보다 모르는 것이 더 많을 것이다. 또한 우리우주 밖이 어떤지는 완전 무지하다. 수많은 과학자들이 수학공식을 활용해서 가설을 내놓는 것으로 만족할 뿐이다. 아직 현대과학은 우리우주 밖을 관측할 수는 없다. 누군가는 이렇게 반문할 지도 모른다. 아직 우리우주조차도 모르는 것이 태산인데 우리우주 밖까지 알아내려고 바둥바둥 대는 것은 시기상조 아닐까? 이것은 이렇게 의문을 갖는 것과 같을 것이다. 아직 국내에도  여행할만한 좋은 곳이 많은데 굳이 더 많이 비용을 들여가며 외국의 여행지를 다닐 필요가 있을까? 당연히 국내 여행지, 국외 여행지는 각각 그 나름대로 여행할 가치가 있다는 것은 자명한 사실이다. 우리우주와 우리우주 밖의 초우주에 관해서도 마찬가지다. 또한, 우리우주 밖을 알아내야 우리우주가 태어난 것에 대해서 좀더 자세히 알 수 있고 우리우주의 미래가 어떨 지도 좀더 정확히 예상할 수 있다. 마치, 밤하늘의 수많은 별들에 대해서 많은 지식을 쌓게 되면서 매일 지구에 떠오르는 태양의 수명을 예측할 수 있게 된 것처럼 말이다.


2016년 9월 24일 김곧글(Kim Godgul)







   







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