평행우주라는 미친 생각은 어떻게 상식이 되었는가

우리가 여러 개의 세상들에 살고 있다니, 혹시 물리학자들의 머리가 이상해진 건 아닐까? 발칙한 상상이 과학을 뒤집는 혁명의 현장을 생중계한다! [기획의도] “과학의 역사는 혁명의 역사다” 진행 중인 과학혁명, 평행우주! 토머스 쿤은 《과학혁명의 구조》에서 과학이 객관적이고 합리적인 진리를 논하는 지적 작업이 아니라, 당대의 패러다임을 따르는 활동에 지나지 않는다고 주장했다. 과학의 진리는 불변하는 것이 아니며 변화 가능성 속에서 혁명적으로 뒤바뀐다는 것이다. 패러다임이 전환되는 과학혁명으로 쿤이 꼽은 대표적인 사례가 코페르니쿠스 혁명이다. 아리스토텔레스 이후 2,000년간 세계의 중심에서 살아왔던 인류는 코페르니쿠스의 지동설과 함께 우주의 변방으로 밀려났다. 코페르니쿠스 혁명 이후 500년, 인류는 다시 한 번 혁명의 징후를 맞이하고 있다. 우주가 ‘다중우주’로 바뀌고 있는 것이다. 우아하고 완전한 우주라는 생각이 흔들리고 무한히 많은 우주들이 그 자리를 대신하려 한다. 이 이론에 따르면 우리의 존재 또한 유일하지 않으며 또다른 나, 수많은 분신이 존재한다. 이 책은 다중우주와 평행우주에 대한 논쟁의 과학사이자 평행우주에 관한 과학혁명의 생중계다. 이 책의 저자들은 평행우주의 정체를 밝히기 위해 양자역학의 난해한 이론을 늘어놓는 대신에, 이 말도 안되는 생각이 진지한 과학 토론의 장에 들어온 과정을 역동적으로 묘사하는 방법을 택했다. 고대 그리스의 철학자들부터 종교재판을 겪은 중세의 이단아들, 근대 이성의 불을 밝힌 칸트와 뉴턴, 그리고 현대의 저명한 과학자들까지, 세계의 본모습을 밝히려는 열정으로 뛰어든 모든 사람이 이 논쟁사의 주인공이다. 생생하게 묘사되는 새로운 세계관의 탄생을 관전하면서, 독자는 이 세계관이 던지는 근본 질문에 각자의 답을 찾게 될 것이다. ‘세계와 내가 유일하지 않다면, 나는 누구인가? 삶의 의미는 무엇인가?’ 오래된 첨단이론, 우주학계에 내전을 불러오다 장면 1: 기원전 5세기 고대 그리스 자연철학자들은 데모크리토스가 주장한 원자론을 바탕으로 ‘복수의 우주들’이라는 천문학을 세웠다. “데모크리토스가 가르치기를, 사물들은 끊임없이 허공을 헤매고 있으며 무수히 많은 서로 다른 세계들이 있다고 한다. 그 가운데 몇몇 세계들에는 해도 달도 없으며, 또다른 곳의 해와 달은 우리 것보다 훨씬 더 크고, 다시금 다른 세계들은 심지어 여러 개의 해와 달을 자랑한다. 세계들 사이의 간격은 똑같지 않아서 때로는 멀고 때로는 가깝다. 일부 계속 커지는 세계들이 있는가 하면, 또 일부는 이미 정점에 달했고, 심지어 소멸하는 세계도 있다. 여기서는 새로운 게 생겨나는가 하면, 저기서는 그냥 사라져 없어진다. 서로 충돌해서 없어지기도 한다.” _로마 교부 히폴리투스의 <모든 이단의 퇴치> (45쪽) 장면 2: 18세기 유한한 우주와 무한한 코스모스를 화해시키려고 뉴턴은 갖은 노력을 다했다. 고심 끝에 그가 찾은 해법은 ‘다른 우주’였다. “우리의 것 이전에 다른 우주계가 있었을 수 있습니다. 그리고 이 다른 것 이전에 또 다른 게 있었고 하는 식으로 영원까지 이어지는 것이죠.” _문헌학자 리처드 벤틀리에게 쓴 뉴턴의 편지 (94∼95쪽) “아마도 신은 다양한 크기와 형태의 물질 입자들을 공간과의 다양한 관계로, 또 서로 다른 밀도와 힘으로 만들어냄으로써 자연법칙에 변화를 줘가며 우주의 서로 다른 부분들에 각기 다른 종류의 세계들을 창조했다고 가정해볼 수 있다.” _1706년 《광학》 제2판 (95쪽) 장면 3: 현대 불과 얼마 전만 해도 우주학은 평화로운 분과였다. 빅뱅이론이라는 우주의 창조설화는 단 하나의 허점도 없이 완벽하게 다듬어진듯 보였다. 우주는 대폭발로 시작했으며, 그 폭발력으로 영원히 팽창한다. 우주의 모든 것은 어느 작은 양자가 일으킨 태초의 경련에서 비롯되었다. 대폭발 이후 우주는 마치 별들, 은하계, 행성 그리고 인간을 차례차례 만들어온 것처럼 보인다. 그러나 전자의 전하나 중력이 아주 조금만 달랐어도 빅뱅 이후 원자나 별은 탄생할 수 없었을 것이다. 그렇다면 인간의 존재는 순전한 우연의 소산일까? 아니면 자연법칙에 따른 필연의 결과일까? 아인슈타인은 이 모든 것을 정확히 설명해낼 단 하나의 공식을 찾으려 했다. 아인슈타인이 실패한 이후 오늘날까지도 물리학자들이 꾸는 꿈은 그런 이론의 완성이다. 이른바 ‘모든 것의 이론TOE, Theory of Everything’이다. 1980년대에 그들은 드디어 우주의 비밀을 찾아낼 열쇠를 손에 넣은 듯했다. 바로 ‘끈이론string theory’이다. 그러나 끈이론을 정립하는 데 기여한 레너드 서스킨드는 이제 ‘모든 것의 이론’을 버린 대신 다중우주를 믿는다. 끈이론은 이전의 어떤 이론보다도 명쾌하게 우주를 설명했지만, 그러기 위해서 너무나 많은 하위 이론을 도입해야 했다(끈이론은 9개의 차원을 전제하는데, 단지 4개의 차원을 설명하는 데만도 10500개의 하위 이론이 필요하다). 서스킨드는 모든 변형 이론이 각기 다른 실재하는 우주를 설명한다는 해석이 설득력이 있다고 본다. “제 동료들은 대개 인정하지 않으려 하죠. 그들은 우아한 우주를 원하지만, 우주는 전혀 우아하지 않아요. 결국 다중우주이론이 승리하고 그걸 부정하려는 물리학자가 지게 될 겁니다.” 우리 우주의 독특한 성질이 단 하나의 유일한 우주로는 설명되지 않는다는 것을 갈수록 더 많은 우주학자들이 깨닫고 있다. 우주학의 평화는 끝났다. 양자이론, 우주론, 입자물리학, 끈이론 등 물리학 분과들이 망라되어 유일한 우주와 무수히 많은 우주를 둘러싸고 내전을 벌이게 되었다. 다중우주로 우주학은 다시 고대 그리스 철학자들로부터 시작된 오래된 논쟁 지점으로 과감하게 되돌아갔다. 그것은 곧 우주를 바라보는 경이로움, 인류의 존재라는 근본적인 수수께끼와 맞닿아 있다. 물리학자들이 말하는 다중우주의 세계와 우리 삶의 의미 휴 에버릿 3세의 양자다중우주 닫힌 상자 안에서 죽어 있기도 하고 동시에 살아 있기도 했던(중첩 상태) 슈뢰딩거의 고양이를 휴 에버릿이 구출했다. 에버릿의 세계에서는 중첩 상태에서 한쪽의 결과만이 실현되는 확률함수 붕괴는 일어나지 않는다. 우주는 가능한 여러 상태로 동시에 존재하며 분화를 거듭한다. 상자 안의 고양이가 죽은 우주와 산 우주가 새롭게 가지를 뻗는다. 즉, 우주는 끊임없이 평행우주로 분화한다. 알렉산더 빌렌킨의 거품다중우주 빅뱅 이후 우주가 팽창해온 힘을 계산한 알렉산더 빌렌킨과 안드레이 린데는 우리 우주 외부에서도 팽창이 계속되고 있다는 결론에 도달했다. 이는 우리 우주의 저편에서 끊임없이 ‘새 우주들’이 생겨나고 있다는 뜻이다. 우주들은 마치 욕조에서 거품이 피어오르듯 끝없이 생겨나며, 거품 하나하나가 모두 빅뱅이다. 상상도 할 수 없을 정도로 많은 우주들에는 틀림없이 우리의 분신도 살아갈 것이다. 어떤 우주에서는 조지 부시가 아니라 앨 고어가 대통령에 당선되었고, 엘비스 프레슬리가 살아 있는 우주도 있다. 맥스 테그마크가 정리한 다중우주의 네 레벨 다중우주에 존재하는 세계의 수만큼이나 다중우주 모델도 복잡하고 혼란스럽다. MIT의 우주학자 맥스 테그마크가 다중우주의 아이디어들을 난이도에 따라 네 가지로 정리했다. 레벨 4의 다중우주는 다중우주 팬에게도 아주 어려운 곳이다. 레벨 1 | 어디서나 동일한 물리법칙이 적용되는 무한한 우주. 우리가 인식할 수 있는 지평선 바깥에서 가능한 모든 일이 일어난다. 그곳에는 또다른 태양, 또다른 지구, 또다른 내가 존재한다. 레벨 2 | 우주들은 연관된 물리학 공간 안에서 서로 다른 물리 법칙을 가지고서 거품처럼 생겨났다가 사라진다. 레벨 3 | 마치 자라나는 나무와 같은 다중우주. 우주들은 계속 가지를 치며 뻗어 나간다. 각 우주는 생성될 때 양자역학의 법칙에 따라 서로 영향을 주고받는다. 레벨