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‘우주’에 대한 새로운 이론들이 던지는 질문들

물리학의 경계를 넘어서:

‘우주’에 대한 새로운 이론들이 던지는 질문들

한때 “우주는 팽창하고 있다”는 문장이 과학계에 혁명을 일으켰던 시절이 있다. 지금 우리는 그때와 비슷한, 아니 어쩌면 더 큰 변곡점에 서 있을지도 모른다. 최근 물리학계에서는 기존의 ‘표준우주모형’(Lambda-CDM)으로 설명되지 않는 현상들이 관측되면서, 다양한 새로운 이론들이 제시되고 있다. 이 글에서는 그러한 최신 우주 이론들을 소개하고, 그것들이 어떤 의미를 지니는지 살펴보고자 한다.

1. 허블 긴장(Hubble Tension): 우주는 정말 우리가 아는 속도로 팽창하는가?

우주의 팽창 속도인 ‘허블 상수(Hubble Constant)’는 우주론의 가장 중요한 수치 중 하나다. 그런데 최근 몇 년간 천문학자들은 서로 다른 측정 방법으로 허블 상수를 구했을 때 서로 다른 결과값이 나온다는 사실에 주목하고 있다. 초기 우주(우주 마이크로파 배경 복사)를 통해 예측한 값과, 가까운 은하들을 관측해 얻은 값이 일치하지 않는 이 현상을 ‘허블 긴장’이라 부른다.

이로 인해 일부 과학자들은 우주의 팽창 속도가 시간에 따라 비선형적으로 변해왔을 가능성이나, 암흑 에너지(Dark Energy)의 성질이 우리가 알고 있는 것과 다를 수 있다는 새로운 가설을 제시하고 있다. 이는 우주론의 근간을 흔들 수 있는 중대한 문제다.

2. 암흑 물질과 암흑 에너지: 보이지 않는 우주의 정체

현재 우주는 약 5%의 보통 물질, 27%의 암흑 물질, 그리고 68%의 암흑 에너지로 이루어졌다고 알려져 있다. 문제는 이 중 95%는 우리가 직접 관측할 수 없다는 것이다. 최근에는 암흑 물질을 기존의 가설처럼 미지의 입자(WIMP)로 보는 것에서 벗어나, ‘중력 이론 자체가 잘못되었을 가능성’, 즉 수정된 중력이론(MOND, f(R) 이론 등)이 필요하다는 주장이 다시 부상하고 있다.

2023년 말에 발표된 한 연구는, 은하단의 중력 렌즈 현상을 분석한 결과 일반 상대성이론으로는 설명되지 않는 중력의 왜곡이 있다는 결론을 내렸다. 이는 중력의 작용 방식이 거대한 스케일에서는 다를 수도 있다는 점을 시사한다.

3. 다중우주(Multiverse): 우리 우주는 하나뿐일까?

‘다중우주’ 이론은 더 이상 공상과학 소설 속 이야기만은 아니다. 양자역학의 해석 중 하나인 ‘다세계 해석’(Many-Worlds Interpretation), 인플레이션 이론에서 파생된 ‘거품 우주’(Bubble Universe) 모델 등은 모두 우리가 살고 있는 우주 외에도 무수히 많은 우주가 존재할 수 있다는 가능성을 제시한다.

특히 최근에는 중력파와 양자얽힘 현상이 연결되어 있다는 ‘ER=EPR’ 이론, 그리고 블랙홀 내부가 또 다른 우주일 수 있다는 주장이 흥미롭게 대두되고 있다. 이것이 사실이라면, 우리가 블랙홀을 통과해 다른 우주로 이동하는 시공간 포탈을 만들 수 있을지도 모른다. 물론 이는 아직 실험적으로 검증되지 않은 가설에 가깝지만, 우주론의 상상력을 극단까지 밀어붙이고 있다.

4. 인공지능(AI)과 새로운 물리 이론의 등장

흥미로운 점은, 최근에는 인공지능이 우주 이론의 발견 과정에 적극적으로 참여하고 있다는 점이다. 예컨대 2023년, 케임브리지대학 연구진은 AI를 이용해 블랙홀 주변의 중력장 패턴을 기존보다 정밀하게 계산했고, 그 결과 기존 이론과 다른 새로운 패턴을 발견했다. 이는 향후 인간의 직관이 닿지 못한 이론을 AI가 제안하는 시대가 올 수 있음을 보여준다.

실제로 구글 딥마인드 팀은 AI를 활용해 양자장 이론의 패턴을 찾아내는 실험도 진행 중이며, 향후에는 중력과 양자역학을 통합하는 ‘통일장 이론’에 AI가 결정적인 단서를 제공할 수도 있다는 기대도 있다.

5. 그 너머를 상상하다: 철학과 물리의 경계

우주에 관한 새로운 이론들은 단순한 과학적 탐구를 넘어, 우리가 존재하는 이유, 시간과 공간의 본질, 그리고 의식이란 무엇인가와 같은 철학적 질문을 다시금 불러일으키고 있다. 예를 들어, 어떤 학파는 우주가 정보로 구성되어 있으며, 실재는 단지 거대한 시뮬레이션일 수 있다는 이론(시뮬레이션 가설)까지 제시한다. 이는 단순한 허무주의적 상상이 아니라, 계산 가능한 우주의 구조를 관찰하면서 생긴 과학적 질문에서 비롯된 것이다.

마치며: 우리가 모르는 것이 진짜 우주다

우주에 대한 탐구는 여전히 ‘우리는 얼마나 모르는가’를 깨닫는 과정이다. 우리는 과거 지구가 우주의 중심이라 믿었고, 나중에는 태양계가 우주의 중심이라 믿었다. 지금은 우리의 우주조차, 수많은 우주 중 하나일 수 있다는 인식을 받아들이고 있다.

새로운 이론들이 언제나 정답은 아니며, 많은 가설이 결국 폐기되거나 수정될 수도 있다. 그러나 이 모든 시도는 우주를 더 깊이 이해하려는 인간의 지적 여정이며, 그 자체로 의미 있는 일이다. 아마도 다음 세대는 우리가 상상도 하지 못했던 우주의 모습을 현실로 받아들이게 될지도 모른다.

참고자료

• Riess et al. (2022). “A Comprehensive Measurement of the Local Value of the Hubble Constant”

• Verlinde, E. (2016). “Emergent Gravity and the Dark Universe”

• Max Tegmark (2014). Our Mathematical Universe

• Sean Carroll (2010). From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate Theory of Time

• NASA, ESA 공식 웹사이트: https://www.nasa.gov, https://esa.int

이 글이 흥미로웠다면, 우리가 존재하는 이 우주에 대해 잠시 고개를 들어 밤하늘을 바라보자. 어쩌면, 그 별빛 사이에 우리가 모르는 또 다른 진실이 숨어 있을지도 모르니까.