“우주는 어디까지 있을까?”
아마 누구나 한 번쯤은 밤하늘을 보며 이런 생각을 해봤을 거예요. 망망대해 같은 우주는 어디서 시작해 어디로 가고 있는 걸까요? 우리가 보고 있는 별, 은하, 우주의 장대한 구조는 그 끝이 있을까요? 아니면 정말 무한할까요?
오늘은 과학자들이 추적하고 있는 ‘보이지 않는 우주’, 즉 우리가 관측할 수 있는 한계를 넘어서 존재하는 미지의 영역에 대해 이야기해보려 합니다. 우주의 경계, 우리가 볼 수 없는 이유를 오늘 한번 이야기를 해보겠습니다.
우주는 왜 끝이 없어 보일까? – 팽창하는 우주의 구조
■ 빅뱅, 그리고 계속되는 팽창
현대 우주론은 우주의 시작이 약 138억 년 전 ‘빅뱅’이었다는 이론을 바탕으로 합니다. 하지만 여기서 오해가 하나 있어요. 빅뱅은 한 점에서 폭발해 우주가 공간 속으로 퍼진 사건이 아닙니다. 오히려 ‘공간 자체가 팽창’하고 있는 거예요.
이 팽창은 지금도 계속되고 있습니다. 그리고 놀랍게도, 멀리 있는 은하일수록 더 빠르게 멀어지고 있다는 사실이 20세기 말에 밝혀졌어요. 이걸 ‘허블의 법칙’이라고 부르죠.
■ 관측 가능한 우주의 경계
그럼에도 우리가 볼 수 있는 우주는 한계가 있습니다. 왜냐하면 빛이 도달하는 데 걸리는 시간이 있기 때문이에요. 아무리 빠른 빛이라도, 138억 년 동안 날아온 것까지만 우리가 볼 수 있어요. 이걸 관측 가능한 우주(Hubble Volume)라고 부릅니다.
현재 과학자들이 추정하는 관측 가능한 우주의 반지름은 약 465억 광년. 그런데 빅뱅이 138억 년 전인데 왜 이렇게 더 클까요? 그 이유는 바로 우주가 빛보다 빠르게 팽창했던 시기가 있었기 때문입니다. (이건 바로 인플레이션 이론과 관련 있죠!)
보이지 않는 우주 – ‘그 너머’는 정말 존재할까?
■ 우리가 볼 수 없는 우주는 왜 있을까?
관측 가능한 우주는 ‘우리가 빛으로 볼 수 있는 한계’를 의미하지, 실제 우주의 끝은 아닙니다. 그 너머에도 우주는 계속 존재할 수 있습니다.
이 보이지 않는 우주를 과학자들은 "우주 지평선 바깥 영역"이라고 부르는데, 현재로서는 그곳에서 오는 빛이나 정보가 우리에게 도달하지 못합니다. 우리가 그저 기다려도 빛이 오지 않는 거리인 거죠.
■ 인플레이션 이론이 말하는 '무한 우주'
인플레이션 이론에 따르면, 빅뱅 직후 불과 10^-36초 동안 우주는 말도 안 되게 빠르게 부풀어 올랐습니다. 이때 이미 우주는 상상을 초월할 만큼 커졌고, 이후에도 팽창을 멈추지 않았습니다.
즉, 우리가 볼 수 있는 영역은 전체 우주의 ‘극히 일부’일 가능성이 높아요. 마치 먼지 위에 앉은 개미가 자신이 있는 테이블이 전부라고 생각하는 것과 비슷하죠.
■ 다중우주의 가능성까지?
그리고 더 나아가면 과학자들은 "우주가 하나가 아닐 수도 있다"고 말합니다.
인플레이션의 특성상 다른 거품 우주들(multi-verse)이 생성되었을 가능성도 제기돼요. 이 말은 곧, 우리 우주 밖에 또 다른 우주가 존재할지도 모른다는 뜻이죠.
그곳의 물리 법칙은 우리와 완전히 다를 수도 있고, 또 다른 종류의 생명체가 존재할 수도 있다는 상상도 가능합니다.
🔭미래의 우주 관측 – ‘그 너머’를 보는 날이 올까?
■ 지금의 기술로는 불가능?
현재 우리는 전자기파(빛), 중력파, 중성미자 등을 통해 우주를 관측하고 있습니다. 하지만 우주 지평선 바깥에 대한 정보는 어떤 방식으로도 현재 관측할 수 없습니다. 왜냐하면 빛조차 도달하지 않았기 때문이죠.
우주를 더 멀리, 더 깊이 들여다보기 위해 인류는 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 비롯한 초대형 망원경을 개발하고 있고, 앞으로는 중력파로 초기 우주를 ‘듣는’ 실험도 계획 중입니다.
■ 인류가 우주의 경계를 넘을 수 있을까?
미래에 과학이 극적으로 발전하면, 단순한 관측이 아닌 간접적인 방법(예: 우주 마이크로파 배경의 미세한 흔들림)으로 그 너머의 존재를 유추할 수 있을지도 모릅니다.
또한 물리 이론의 발전으로 우주의 구조 자체를 설명할 새로운 프레임이 등장할 가능성도 있어요. 가령, 양자 중력 이론이나 끈이론 같은 것이 실험적으로 검증되면, 우주의 ‘경계’에 대한 새로운 해석이 가능할지도 모르죠.
우리가 보지 못하는 세계, 상상할 수는 있다
우주의 끝을 넘어선 그 너머는 우리가 직접 볼 수는 없지만, 과학자들은 그 존재를 추적하고 이론을 세우며 우주의 퍼즐을 맞춰가고 있습니다.
그리고 그 과정 자체가 과학의 본질이기도 해요. 볼 수 없더라도 존재를 상상하고, 그것을 증명하기 위한 실험과 관측을 꾸준히 시도하는 것.
어쩌면 그 너머에 존재하는 무한한 가능성이, 우리가 우주를 계속 바라보게 만드는 가장 큰 이유 아닐까요?