우주는 언제, 어떻게 시작되었을까요?
우리가 알고 있는 우주의 기원 스토리에는 항상 한 단어가 등장합니다. 바로 빅뱅입니다. 우주는 약 138억 년 전에 엄청나게 뜨겁고 밀도가 높은 한 지점에서 폭발적으로 팽창하면서 시작되었다고 하는 이론이 있습니다.
하지만 여기 질문이 있습니다:
빅뱅 이전에는 정말 아무것도 존재하지 않았을까요?
이 질문은 단순한 호기심이 아니라 현대 물리학이 해결하고자 하는 가장 깊은 미스터리 중 하나입니다. 우리가 알고 있는 우주의 '시작'을 넘어 '이전'으로 향하는 과학의 세계를 이 글에서 작성해보겠습니다
빅뱅은 정말 우주의 ‘시작’ 이었을까?
빅뱅 이론은 우리가 관측할 수 있는 우주의 팽창을 거꾸로 추적한 결과입니다. 지금도 우주는 여전히 팽창하고 있으며, 시간을 거슬러 올라가면 모든 것이 한 지점으로 수렴합니다. 이 지점에서 밀도와 온도가 무한대로 치솟고 모든 물리 법칙이 무너지는 지점에 도달하게 되는데, 과학자들은 이를 '특이점'이라고 표현합니다.
하지만 우리는 특이점이 실제로 무엇인지 설명할 수 없죠.
수학적으로는 '무한대'로 표현되지만, 우리가 사용하는 물리 공식이 더 이상 적용되지 않는 한계 지점입니다. 다시 말해, 우리가 가진 지식과 도구로는 그 이후(또는 그 이전)에 무엇이 오는지 설명할 수 없다는 뜻입니다.
이 때문에 과학자들은 중요한 질문을 던지기 시작했으며, 그 질문은 다음과 같습니다.
“빅뱅 이전에 우주가 존재할 수 있었을까?”
“시간이라는 개념이 정말 그 시점에서 시작되었을까요?”
이러한 질문은 기존의 우주론을 뛰어넘는 새로운 탐험으로 이끌고 있습니다.
양자 중력 이론 - 시간과 공간의 가장 작은 단위
참조 우주를 설명하는 두 가지 핵심 이론이 있습니다. 하나는 아인슈타인의 일반 상대성 이론이고, 다른 하나는 원자와 아원자 입자의 세계를 다루는 양자역학입니다. 그러나 이 두 이론은 특히 우주의 시작과 같이 밀도와 중력이 극한인 상황에서는 서로 양립할 수 없다는 단점이 있습니다.
이 문제를 해결하기 위해 양자 중력 이론이 나타났습니다.
이 이론의 목표는 중력도 양자역학적으로 설명하는 것입니다. “루프 양자 중력”이라고 불리는 한 가지 접근 방식은 공간과 시간이 연속적인 것이 아니라 픽셀과 같이 매우 작은 단위로 나뉘어져 있다고 제안합니다.
이 설명에 따르면 우주는 아주 작은 크기로 수축했다가 다시 팽창할 수 있고, 이 과정은 튀어 오르는 공처럼 반복될 수 있습니다.
과학자들은 이 가설을 “빅 바운스”라고 불립니다.
즉, 지금 우리가 살고 있는 이 우주는 이전에 존재했던 다른 우주의 붕괴로 인해 다시 태어났을 수 있다는 것이죠.
이 경우 빅뱅은 절대적인 시작이 아니라 이전 우주의 끝과 현재 우주의 시작 사이의 전환점일 따름이지요.
우주는 하나뿐일까? - 끈 이론과 M이론의 놀라운 상상력
양자 중력 외에도 빅뱅 이전의 시간을 이해하려는 또 다른 시도가 있습니다. 끈 이론과 그 확장 이론은 우리 세계의 가장 기본적인 단위가 '점'이 아니라 '끈'처럼 진동하는 1차원 구조라고 제시합니다.
끈 이론은 시간과 공간이 우리가 알고 있는 세 가지 차원보다 더 많은 차원으로 구성되어 있으며, 이 다차원 우주에서 우리 우주는 “끈”으로 존재할 수 있다고 설명합니다. 브레이크란 더 큰 차원의 공간 내에 존재하는 3차원 또는 4차원 구조입니다.
이 '막'이 다른 막과 충돌했다면 어떤 일이 발생했을까요?
그 충돌이 우주의 탄생, 즉 우리가 빅뱅이라고 부르는 것일지도 모르죠.
이 가설은 우주가 갑자기 생겨난 것이 아니라 다른 우주 구조와의 충돌에서 비롯된 하나의 사건으로 설명하는 '대폭발 우주론'이라는 이론으로 발전되었습니다.
즉, 우리가 알고 있는 우주는 광활하고 다차원적인 우주에서 반복되는 충돌과 창조를 거듭한 결과의 일부일 수 있다는 것입니다.
시간은 정말 존재할까? - '영원한 우주'라는 급진적 아이디어
시간은 우리 모두에게 매우 자연스러운 개념입니다. 시계는 앞으로만 가고, 우리는 과거를 기억하고 미래를 상상하죠. 하지만 일부 이론 물리학자들은 놀라운 주장을 하고 있습니다.
“사실 시간은 존재하지 않았다.”
이들은 우주를 '고정된 사건의 구조'로 봅니다. 이 개념을 '블록 우주 이론'이라고 하는데, 모든 사건은 이미 고정된 상태로 공간에 존재하며 우리는 단지 그것을 느끼고 경험할 따름입니다.
이 이론에 따르면 우주는 과거, 미래, 현재가 모두 동시에 존재하는 방대한 구조입니다. 우리는 그 구조 안에서 한 방향으로 움직이고 있을 뿐이고, '시간의 흐름'은 우리의 뇌가 만들어낸 착각일 뿐입니다.
이러한 관점에서는 '빅뱅 이전'이라는 개념이 사라집니다.
시간 자체가 존재하지 않기 때문에 '이전'이나 '이후'라는 개념은 무의미해집니다.
과학과 철학의 경계를 넘나드는 질문
'빅뱅 이전에 무엇이 있었을까'라는 의문은 물리학만으로는 완전히 설명할 수 없는 심오한 철학적 질문입니다.
우주는 왜 존재할까요?
시간은 왜 흐르고 공간은 왜 존재하는 것일까요?
'무(無)'는 정말 아무것도 없는 상태일까요?
현대 과학은 여전히 이러한 질문에 완전히 답할 수는 없지만 점점 더 가까워지고 있습니다. 이전에는 신화와 종교가 우주의 기원을 설명했다면, 이제는 수학, 실험, 이론 물리학이 그 자리를 이어받고 있습니다.
우주의 시작과 그 너머
우리는 우주의 아주 작은 부분에 살고 있지만 우주의
시작과 끝, 그리고 그 이전까지 상상할 수 있고 질문할 수 있습니다.
'빅뱅 이전'은 아직 밝혀지지 않은 미지의 영역이지만, 인간의 상상력과 과학적 탐구는 어둠을 몰아내기 시작했습니다.
아마도 빅뱅은 우주라는 커다란 이야기 중 한 장에 지나지 않을지도 모른다는 겁니다.