우리는 시간이 과거에서 미래로 흐른다고 믿는다.
하지만 우주 전체의 구조와 본질을 들여다보면 이 믿음은 절대적인 것이 아닐 수 있다.
특히 다크 유니버스라는 개념은 시간의 방향성에 대해 새로운 질문을 던지게 만든다.
보이지 않는 또 하나의 세계에서는 어쩌면 시간이 반대로 흐르고 있을지도 모른다.
1. 시간은 왜 한 방향으로 흐르는가 물리학에서의 시간의 화살
우리가 일상에서 경험하는 시간은 항상 일정한 방향을 따른다.
시계의 초침은 늘 앞을 향하고 나무는 자라나고 물은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐른다.
이러한 흐름은 너무도 자연스러워 의심할 여지조차 없어 보인다.
하지만 물리학적으로 살펴보면 시간의 방향은 그렇게 단순하지 않다.
물리 법칙 대부분은 시간에 대해 대칭성을 가진다.
즉 어떤 현상이 앞으로도 일어날 수 있고 이론상으로는 그 반대 방향으로도 일어날 수 있다.
예를 들어 두 물체가 충돌하고 튕겨 나가는 장면은거꾸로 재생해도 물리적으로 말이 된다.
그러나 우리가 살아가는 세계는 언제나 단방향적이다.
우유를 따르고 나면 다시 병으로 돌아가지 않으며 나이가 들면 되돌릴 수 없다.
이 차이는 바로 엔트로피의 개념에서 비롯된다.
엔트로피는 무질서의 정도를 나타내는 물리량이며 열역학 제2법칙에 따라 전체 계는 항상 엔트로피가 증가하는 방향으로 움직인다.
이 엔트로피 증가가 바로 우리가 체감하는 시간의 흐름 즉 시간의 화살이라고 불리는 개념을 만들어낸다.
우주도 이 법칙을 따르는 듯 보인다.
빅뱅 이후 점차 팽창하며 에너지가 분산되고 구조는 더욱 복잡해진다.
따라서 시간은 빅뱅이라는 기원에서 출발해 엔트로피가 증가하는 방향으로 나아간다고 볼 수 있다.
하지만 최근 이론물리학에서는 이러한 시간의 화살이 우리 우주만의 특성일 수 있다는 주장이 제기되고 있다.
만약 우리 우주와 대칭을 이루는 또 다른 우주가 존재한다면 그곳에서는 시간이 반대로 흐를 가능성도 배제할 수 없다.
즉 엔트로피가 줄어드는 방향으로 움직이며 그 우주의 주민들은 자신들이 정상적인 시간 흐름 속에 있다고 믿을 수 있다.
이러한 이론은 다중우주론이나 대칭 우주론과 연결되며 시간이라는 개념이 우리가 인식하는 방식과 전혀 다를 수도 있음을
시사한다.
이제 우리는 시간의 방향성을 절대적인 것으로 보기보다
관측자와 우주의 조건에 따라 달라질 수 있는 하나의 상대적인 현상으로 받아들여야 할지도 모른다.
2. 다크 유니버스란 무엇인가 보이지 않는 세계의 가능성
다크 유니버스라는 개념은 기존의 우주론에서 설명되지 않는 현상들로부터 출발하였다.
우주의 질량과 에너지의 대부분은 우리가 관측할 수 없는 형태로 존재한다는 것이 그것이다.
전체 우주의 약 오십이 암흑 에너지로 이루어져 있으며 이십오가 암흑 물질로 이루어졌다고 알려져 있다.
즉 우리가 보는 별과 은하 행성과 같은 물질은 전체의 오퍼센트에 불과하다.
이 보이지 않는 세계를 우리는 다크 유니버스라고 부른다.
이곳은 빛을 흡수하거나 반사하지 않기 때문에 망원경으로도 볼 수 없고 직접적인 관측이 거의 불가능하다.
하지만 중력과 우주의 팽창 속도 같은 간접적인 효과를 통해 그 존재는 분명히 확인되고 있다.
다크 유니버스는 단지 어두운 물질과 에너지의 집합체가 아니라 우리와는 전혀 다른 물리 법칙과 시공간 구조를 가진 또 하나의
우주일 수도 있다.
일부 이론에서는 이 세계가 우리 우주의 거울처럼 존재하며 시간의 흐름까지 반대일 수 있다고 가정한다.
즉 우리가 미래로 나아가는 동안 그곳에서는 과거를 향해 나아가고 있을지도 모른다.
이러한 개념은 단순한 공상이 아니라 대칭성과 보존 법칙을 중시하는 현대 물리학의 틀 안에서 제안된 이론이다.
우주 전체가 하나의 거대한 대칭 구조라면 우리 우주가 가진 시간의 방향성과는 반대의 방향성을 가진 또 다른 우주가 필요하다.
이것이 바로 다크 유니버스가 시간 역행의 가능성과 연결되는 이유이다.
여기서 중요한 점은 이 다크 유니버스가 단순히 이론에 그치지 않는다는 것이다.
최근 중력파 관측과 배경 복사의 미세한 변화 그리고 고에너지 입자 충돌 실험 등 다양한 방식으로 이 미지의 세계에 대한 실마리가 조금씩 발견되고 있다.
이러한 발견이 계속되면 우리는 언젠가 다크 유니버스가 실제로 존재하며 그곳에서는 시간조차 반대로 흐른다는 사실을 확인할 수 있을지도 모른다.
그것은 우주에 대한 우리의 인식뿐 아니라 시간이라는 개념 자체를 다시 정의하게 될 중대한 전환점이 될 것이다.
3. 시간이 거꾸로 흐르는 우주 상상 아닌 과학적 가능성
시간이 거꾸로 흐른다는 발상은 오래전부터 공상 과학에서 다루어진 주제였다.
하지만 과학은 이제 이러한 발상을 단순한 상상이 아닌 실제 이론과 모델을 통해 설명하려 하고 있다.
특히 양자역학과 일반상대성이론을 넘어서려는 다양한 시도들이 시간 역행에 대한 새로운 해석을 제시하고 있다.
가장 대표적인 이론 중 하나는 CPT 대칭 이론이다.
이 이론에 따르면 우주의 모든 입자와 힘은 전하 반전 반사 대칭 시간 반전을 함께 적용하면 동일한 물리 법칙을 따른다는 것이다.
즉 어떤 입자의 전하를 반대로 하고 공간을 거울처럼 반사시키며 시간을 반대로 흐르게 만들면 그 반대 방향의 우주는 지금과 동일한 법칙으로 존재할 수 있다는 의미다.
이러한 대칭 우주의 개념은 실제로 우리 우주와 대칭을 이루는 거울 우주 혹은 다크 유니버스의 존재 가능성을 뒷받침한다.
그 거울 우주에서는 우리가 생각하는 미래가 그들의 과거일 수 있으며 우리가 종말로 향할 때 그들은 탄생을 향해 나아가는 흐름을 경험하고 있을지도 모른다.
또한 최근의 연구에서는 우주가 양방향 시간 흐름을 허용하는 구조로 빅뱅 이후 두 개의 시간이 각각 반대 방향으로 펼쳐졌다는 이론도 제안되고 있다.
즉 빅뱅이 하나의 출발점이라면 한쪽은 우리가 살고 있는 현재의 우주 다른 한쪽은 시간의 반대 방향으로 진화하는 다크 유니버스라는 구조다.
이러한 발상은 철학적 사유와도 맞닿아 있다.
시간이 존재하기 위해 반드시 하나의 방향만 있어야 하는가 우리가 시간의 방향성을 느끼는 이유는 생물학적 경험 때문인지
아니면 우주의 본질이 그렇게 정해져 있기 때문인지 이 모든 질문은 여전히 해답을 기다리고 있다.
하지만 분명한 것은 과학이 더 이상 시간의 절대성을 믿지 않는다는 점이다.
그리고 기술이 진보함에 따라 우리는 점차 그 해답에 다가가고 있다.