우주는 우리가 눈으로 볼 수 있는 것보다 훨씬 더 광대하고 복잡한 차원으로 이루어져 있을 가능성이 있다.
특히 현대 이론 물리학에서는 우리 우주와 닮은 또 다른 차원의 세계, 이른바 평행우주 혹은 거울우주에 대한 가설이 활발히 제기되고 있다.
만약 그런 우주가 존재한다면 그곳에는 나와 똑같은, 그러나 조금 다른 선택을 한 또 다른 내가 존재할지도 모른다.
이 글에서는 그러한 가능성을 뒷받침하는 과학적 개념과 이론들을 바탕으로, 거울 같은 우주의 정체에 대해 탐구해 보고자 한다.
1. 다중우주 이론이 말하는 무한한 가능성
다중우주 이론은 우리가 속해 있는 우주 외에도 무수히 많은 우주가 존재할 수 있다는 주장을 담고 있다.
이 이론은 양자역학, 우주론, 끈 이론 등 다양한 물리학 분야에서 제안된 여러 가설들을 종합적으로 설명하는 틀로 받아들여진다.
우선적으로 언급되는 다중우주 이론의 한 형태는 레벨 원 다중우주로 불리며, 이는 현재 우주가 공간적으로 무한하다면
우리와 똑같은 입자 배열을 가진 또 다른 지역이 어딘가에 존재할 수 있다는 가정을 바탕으로 한다.
즉, 우리가 사는 지구와 똑같은 지구가 수십억 광년 떨어진 어딘가에 있으며 그곳에 또 다른 내가 존재할 수도 있다는 것이다.
보다 진보된 개념은 레벨 삼 다중우주로 알려진 이론으로, 이는 양자역학의 다세계 해석에 근거한다.
이 해석에 따르면, 우리가 선택하는 모든 가능성은 각각 분기되어 고유한 세계를 형성하게 된다.
예를 들어 내가 어떤 날 길을 걷다가 좌회전을 했을 때와 우회전을 했을 때
그 두 개의 선택이 모두 현실로 존재하며, 각각의 결과는 서로 다른 우주로 갈라져 존재하게 된다는 것이다.
이렇게 형성된 수많은 우주 중 하나에서는 지금의 내가 전혀 다른 삶을 살고 있을 수도 있다.
끈 이론에서도 다중우주 개념은 중요한 역할을 차지한다.
끈 이론은 우주의 근본 구성 단위가 점입자가 아니라 1차원적인 끈이라고 설명하며, 이 끈들의 진동 방식에 따라 입자의 질량과
결정된다고 본다.
그런데 이 이론은 10차원 이상의 다차원 공간을 전제로 하기 때문에, 이 차원을 서로 다르게 감싼 수많은 우주가 존재할 수 있다는 결론에 이른다.
그 각각의 우주가 서로 다른 물리 상수를 지니고 있다면, 그 안에서 발생하는 생명체나 우주의 형태 역시 완전히 달라질 수 있다.
결과적으로 다중우주 이론은 현재로서는 실험적으로 입증하기 어렵지만 수학적, 논리적으로 정교하게 발전되어 왔으며,
현대 이론물리학자들 사이에서도 충분히 토론될 만한 주제로 자리매김하고 있다.
우주의 경계 밖에 무엇이 있는지를 묻는 질문은 결국 우리 자신이 얼마나 제한된 시야를 가진 존재인지 성찰하게 만드는 철학적
물음이기도 하다.
2. 거울우주란 무엇인가 현재 우주의 대칭성 너머
거울우주는 일반적인 다중우주와는 다소 다른 개념이다.
이는 우리 우주의 모든 물리 법칙이나 입자 성질이 대칭적인 형태로 뒤집힌, 말 그대로 거울처럼 반대되는 우주가 존재할 수
있다는 가설을 바탕으로 한다.
물리학에서는 우주의 기본 입자들과 그 상호작용이 거울에 비친 것처럼 반대의 성질을 가질 수 있다는 가능성을 이론적으로 탐색해 왔다.
거울우주 이론은 특히 약한 상호작용에서 관찰되는 CP 대칭 깨짐 문제를 해결하려는 시도에서 출발하였다.
CP 대칭이란 물질과 반물질의 거울 대칭성을 의미하는데, 우주에서는 물질이 반물질보다 우세하게 존재하는 현상이 관찰된다.
이러한 대칭성의 붕괴를 설명하기 위해 일부 이론 물리학자들은 우리 우주와 짝을 이루는 거울우주, 즉 거울 물질이 존재하는
우주가 보이지 않는 방식으로 중력만을 통해 상호작용할 수 있다고 제안하였다.
이 이론에 따르면, 거울우주는 우리가 감지할 수 있는 빛이나 전자기적 상호작용이 아닌 오직 중력과 같은 기본적인 힘을 통해서만 우리 우주와 연결될 수 있다.
이로 인해 우리는 거울우주를 직접 관측할 수 없지만, 중력파나 우주의 대규모 구조 분석을 통해 그 간접적인 흔적을 포착하려는
연구들이 진행되고 있다.
한편 거울우주 개념은 암흑 물질 이론과도 긴밀히 연결되어 있다.
암흑 물질은 우리 우주의 질량 중 대부분을 차지하지만, 빛이나 다른 기본 힘들과는 상호작용하지 않기 때문에 직접 관측할 수
없는 물질로 알려져 있다.
일부 과학자들은 암흑 물질이 사실은 거울우주에서 온 입자들이 중력을 통해 우리 우주에 영향을 주고 있는 것일 수 있다고 본다.
이 경우, 우리 우주의 구조와 진화는 보이지 않는 거울우주와의 상호작용에 의해 결정되고 있을지도 모른다.
거울우주가 실제로 존재한다면, 그 속의 나는 이 우주에서의 나와는 다르게 전혀 다른 역사와 선택을 경험하며 살아가고 있을
것이다.
물론 현재까지는 이론적인 가능성일 뿐이지만, 우주의 복잡성과 물리 법칙의 대칭성을 고려할 때 거울우주 개념은 결코
허무맹랑한 상상이 아니며, 우주의 근본 구조를 이해하는 데 매우 중요한 단서가 될 수 있다.
3. 또 다른 나의 존재는 가능한가 나와 유사한 존재의 과학적 근거
우주의 또 다른 차원에 나와 비슷한 존재가 있을 가능성은 오랫동안 과학자뿐 아니라 철학자와 문학가, 예술가들에게도
매혹적인 주 제로 다뤄져 왔다.
과학적으로 이러한 존재의 가능성을 검토하려면 우선 인간 존재를 구성하는 요소, 즉 물리적 입자 배열과
그들의 상호작용 조건이 반복될 수 있는 환경이 얼마나 가능한지를 따져보아야 한다.
앞서 언급한 다중우주 이론에 따르면, 무한한 크기의 우주 또는 무수한 우주들이 존재한다면 동일한 조건을 가진 우주가 존재할
가능성은 이론적으로 0이 아니다.
무작위적 입자 조합이 반복될 수 있는 충분한 공간이 주어진다면, 언젠가는 지금의 나와 똑같은 생물학적 구성을 가진 인간이
등장할 수 있다는 것이 이론의 요지다.
이를 기반으로 어떤 물리학자들은 내가 방금 쓴 문장과 똑같은 글을 같은 언어로 쓰고 있는 또 다른 나가
아득한 거리의 다른 우주 어딘가에 존재하고 있을 수도 있다고 주장한다.
여기에서 흥미로운 질문은 단순히 물리적 유사성을 넘어서, 의식이나 감정까지도 공유할 수 있는 나가 존재할 수 있느냐이다.
이 문제는 물리학보다는 철학적, 인지과학적 접근이 필요한 분야이다.
하지만 신경과학적으로 본다면 인간의 의식은 뇌 속 신경세포의 전기적 패턴에 의해 생성된 결과물이다.
따라서 뇌의 구성과 작동 방식이 동일하다면 그에 따른 사고 방식이나 감정, 기억 역시 비슷하게 구성될 수 있다는 가설도 존재한다.
양자역학에서 비롯된 다세계 해석은 이 문제에 또 다른 관점을 제시한다.
우리가 일상에서 내리는 모든 선택이 하나의 우주를 새로운 분기로 나누는 역할을 한다면 지금 이 순간에도 또 다른 선택을 한
나 자신이 다른 세계에서 살아가고 있을 가능성이 생긴다.
이때의 또 다른 나는 생물학적으로는 동일하지만 환경과 선택의 차이에 따라 전혀 다른 인생을 경험하고 있을 것이다.
현재로서는 이러한 또 다른 나의 존재를 증명할 수 있는 과학적 방법은 존재하지 않지만, 이러한 사유는 인류가 자신의 존재를
둘러싼 우주적 맥락을 더 깊이 이해하고자 하는 시도 중 하나라고 볼 수 있다.
또한 이는 단지 공상적 상상력이 아니라 현대 이론물리학과 우주론이 도달하고 있는 가장 깊은 질문 중 하나로
앞으로 과학이 더 발전한다면 이 질문에 대한 보다 명확한 답변을 얻게 될 날도 머지않을지 모른다.