맥스 테그마크의 유니버스

우주론의 기초를 다지는 양자역학, 양자 물리학, 입자 물리학부터 급팽창 이론, 평행우주 이론, 4단계의 멀티 유니버스까지 우주 실체의 수학적 본질을 꿰뚫는 최신 우주론의 모든 것 우리가 살아가는 우주의 궁극적 실체를 밝히려는 노력은 물리학은 물론 모든 과학 분야에서의 가장 궁극적인 목표이다. 신간 『맥스 테그마크의 유니버스: 우주의 궁극적 실체를 찾아가는 수학적 여정(원제: Our Mathematical Universe: My Quest for the Ultimate Nature of Reality)』의 저자, 물리학자이자 우주론 학자인 맥스 테그마크(Max Tegmark) MIT 교수는 실체의 본질을 찾아가는 물리학적인 탐험 끝에 우주를 ‘수학적’으로 해석할 수 있다는 궁극적 결론에 도달한다. 우리의 물질세계가 수학으로 기술될 뿐만 아니라 그 자체가 수학이며, 우리가 거대한 수학적 대상의 자각하는 일부분이라는 것이다. 이미 오래전부터 과학자들은 우주의 물리적 실체가 수학적이라는 생각을 해왔다. 천문학의 영웅인 갈릴레오 갈릴레이는 17세기에 자연이 “수학의 언어로 쓰인 위대한 책”이라고 언급했으며, 노벨 물리학상 수상자인 유진 위그너는 1960년대에 “이해할 수 없는 자연과학에서의 수학의 효율성”이라고 했다. 그렇다면 이처럼 우리의 물리적 세계가 극단적인 수학적 규칙성을 나타내는 이유는 무엇일까? 책은 궁극적 실체의 본질을 찾기 위해 은하를 넘어서는 거시세계부터 원자보다 작은 미시세계까지 탐구하여, 모든 것이 수학적 구조로 이루어진 4단계의 평행우주들의 거대하고 멋진 실체에서 만나는 저자의 개인적인 여정을 담고 있다. 1장에서는 이 책의 주제어인 궁극적 ‘실체’가 무엇을 뜻하는지 과학적, 철학적, 종교적 관점에서 소개한다. 제1부(2∼6장)에서는 ‘우리 우주는 얼마나 큰가?’라는 질문의 답을 찾기 위해 거시세계로 여행을 떠나, 우리 우주의 근원과 두 종류의 평행우주를 탐험하고 공간이 어떤 의미에서는 수학적이라는 힌트를 찾아낸다. 제2부(7∼8장)에서는 ‘모든 것은 무엇으로 이루어져 있는가?’라는 질문의 답을 찾기 위해 아원자의 미시세계로 여행을 떠나, 세 번째 종류의 평행우주를 조사하고 물질의 궁극적인 구성 요소가 어떤 의미에서는 수학적이라는 힌트를 찾아낸다. 마지막으로 제3부(9∼13장)에서는 남순건 교수(경희대학교 물리학과)가 추천사에서 “거시적 우주의 궁극에 대한 방향과 미시의 실체를 파헤치는 방향이 결국 수학적 구조로 만나는 경험을 이 탐험의 여정에서 만날 것”이라고 언급했듯, 거시세계와 미시세계에서 각각 시작한 실체를 찾는 여행이 ‘수학적 구조’라는 하나의 영역에서 만나 네 번째 평행우주로 도달하는 과정을 살펴본다. 김항배 교수(한양대학교 물리학과)가 추천사에서 “현재의 표준 우주론과 영원한 급팽창에 의한 다중우주, 초끈 지형에 의한 다중우주를 넘어 양자역학의 다세계 해석에 근거한 다중우주와 수학적 구조에 의한 다중우주까지, 다중우주에 대한 놀라운 제안들과 이를 통해 궁극적 실체를 밝혀가는 과학과 철학을 넘나드는 여정이 담겨 있다”라고 설명했듯, 이 책은 수학적인 멀티 유니버스의 실체를 밝혀내기까지 발전을 거듭해온 우주론의 모든 지식을 담고 있다. 맥스 테그마크는 우주론이 어려울 수 있는 독자들을 위해 우주론 이해에 필요한 가장 기초적인 천문학, 양자역학, 양자 물리학, 입자 물리학, 상대론 지식부터 급팽창 이론, 평행우주 이론, 4단계의 멀티 유니버스에 이르기까지 탄탄한 논리를 다져간다. 또한 다양한 사진과 그림, 표를 실어 독자들이 더 쉽고 직관적으로 이해할 수 있도록 도왔다. 『맥스 테그마크의 유니버스』는 현재 세계 16개국에서 번역 출간되었으며 《뉴욕 타임스》, 《월스트리트 저널》, 《가디언》, 《네이처》, 《뉴 사이언티스트》 등 수많은 언론사와 많은 독자들로부터 폭발적인 관심을 얻었다. 이는 멀티 유니버스가 최근에 발견된 과학적 발견들을 통해 더 이상 상상이 아닌 과학으로서 물리학계에서 인정받고 있다는 증거이다. 무한한 우주 어딘가에 또 다른 내가 존재한다고? 상상에서 현실이 된 멀티 유니버스 이론 멀티 유니버스란 무엇이며, 우리는 왜 멀티 유니버스를 알아야 하는가? 얼마 전까지만 해도 멀티 유니버스는 SF 소설이나 영화에서만 나오는 상상으로 여겨졌다. 그러나 세계적인 우주론 학자 맥스 테그마크는 책의 도입부에서 자전거를 타고 가다가 트럭에 치여 죽음을 맞는 일화를 예로 들며, 지금 우리의 우주에서는 죽었지만 다른 우주에서는 아슬아슬하게 트럭을 피해 살았을 수 있다는 혁신적인 주장을 펼친다. 현재 세계적인 양자 물리학 연구자들은 이렇게 동시에 살아 있기도 하고 사망하기도 한 일이 실제로 일어나며, 그때마다 우리의 세상이 다른 역사를 가진 평행우주로 나뉘는지, 양자역학적 운동의 대원칙인 슈뢰딩거 방정식이 수정되어야 하는지에 대해 논의하고 있다. 그렇다면 멀티 유니버스란 무엇일까? 저자는 멀티 유니버스를 4단계로 나누어 최신 우주론 패러다임에 혁신을 가져왔다. 1∼3레벨 멀티 유니버스는 같은 수학적 구조 안에 있는 서로 통신할 수 없는 평행우주들에 해당한다. 1레벨은 우리에게 출발한 빛이 도달할 시간이 없었던 먼 영역이고, 2레벨은 우주 급팽창의 새로 생겨나는 공간 때문에 우리가 영원히 도달할 수 없는 영역이며, ‘에버렛의 다중 세계’인 3레벨은 양자역학 힐베르트 공간에서의 통신할 수 없는 부분과 관련되어 있다. 1∼3레벨의 모든 평행우주는 근본적으로 동일한 수학적 방정식을 따르지만, 4레벨 평행우주는 다른 수학적 구조에 해당하는 다른 방정식을 따른다. 환경 파괴로 인한 미래 지구의 재난적 상황과 이에 대한 해결책으로 새로운 지구를 찾아 우주로 떠나는 과정을 담아 2014년 전 세계를 휩쓸었던 영화 〈인터스텔라〉에는 책장 뒤로 수십 개의 이미지가 겹쳐진 장면이 나온다. 주인공의 과거와 현재와 미래를 구분할 수 없을 정도로 수백, 수천만 가지의 우주가 공존하고 있는 것이다. 영화의 장면처럼 무한한 우주에 수많은 시간과 공간이 공존하는 것이 가능한 일일까? 테그마크는 과학적으로 가능하다고 단언한다. 우주론적 급팽창 이론에 의하면 우주는 아주 거대할 뿐 아니라 사실 무한하기 때문에, 정확히 나와 동일한 무한히 많은 복제본과, 나와 비슷한 수많은 내가 우주에 존재할 수 있는 것이다. 사실 멀티 유니버스 아이디어는 전통적으로 기득권 세력에 의해 배척당했다. 무한 공간 멀티 유니버스를 주장한 조르다노 부르노는 1600년에 화형당했고, 양자 멀티 유니버스를 주장한 휴 에버렛은 1957년에 물리학 인력시장에서 망신을 당하고 학계에서 쫓겨났다. 저자인 맥스 테그마크조차 멀티 유니버스에 관한 논문들이 엉터리라며 그의 경력이 끝장날 것이라는 험한 말을 들은 적이 있다. 테그마크는 멀티 유니버스라는 개념이 아직 학계에서 논란이 되고 있음을 인정한다. 하지만 멀티 유니버스의 기반이 되는 일반 상대론, 급팽창 이론, 우주의 풍경, 양자역학, 결어긋남, 파동함수, 에버렛의 다중 세계 이론, 외적 현실 가설, 수학적 우주 가설 등 다양한 우주론 관련 이론들의 발전으로 이제 수많은 과학자들이 멀티 유니버스를 지지하고 있다. 책을 번역한 김낙우 교수는 “제목만 보면 이 책은 추상적 현대 수학을 연구하는 전문 수학자, 혹은 10차원 공간의 기하학을 연구하는 끈 이론 학자가 썼을까 생각할 법하다. 그러나 지은이인 맥스 테그마크의 전문 분야가 은하단 관측 데이터 분석 작업이라는 것은 뜻밖의 반전이다. … 우주를 이론적으로만 다루던 이가 아니라 관측 데이터를 통해 실체적으로 접하던 학자의 주장이라 논란의 여지가 많은 주장이라도 쉽게 폄하하기 어려운 무게감이 있다”라고 언급했다. 이처럼 저자가 생각하는 우주의 수학적인 실체, 즉 멀티 유니버스는 처음에 접할 때 매우 신기하고 난해하게 느껴질 수 있다. 그러나 이제 멀티 유니버스가 탄탄한 과학적 근거를 기반으로 물리학계에서 받아들여지고 있음을 거부하기는 힘들다. 우주의 궁극적 실체를 찾