맨인블랙 이라는 영화를 보면, 외계인과 지구인이 함께 섞여 사는 모습을 볼 수 있다.
그 영화에서 가장 인상깊은 장면은 지구내에 소우주가 있고, 그 소우주에 작은 외계인이 살고 있다는 것이다.
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소우주의 개념
우주론에서 "소우주(Baby Universe)" 개념이 있습니다.
소우주 이론은 우리 우주가 블랙홀에서 탄생했을 수 있다는 가설입니다. 이는 영국의 이론물리학자 스티븐 호킹이 1970년대에 제안한 아이디어입니다.
이 이론에 따르면, 우리 우주는 초대질량 블랙홀의 끝없는 수축으로부터 태어난 작은 우주일 수 있습니다. 블랙홀이 극한의 밀도와 곡률을 보이던 중 어떤 과정을 거쳐 새로운 작은 우주로 진화했다는 것입니다.
즉, 우리 우주는 엄청난 밀도와 열기로 시작된 작은 구 형태의 공간이었고, 빅뱅을 통해 급팽창했다는 가설입니다. 우주는 계속 팽창하다가 어느 순간 블랙홀 안으로 다시 수축하여 새로운 우주를 탄생시킬 수 있다고 봅니다.
이러한 소우주 개념은 우주의 기원을 설명할 수 있는 흥미로운 가설이지만, 아직 관측적 증거가 부족한 상황입니다. 그럼에도 많은 이론가들이 블랙홀과 우주의 탄생을 연결하려는 시도를 계속하고 있습니다.
호킹 등은 우주의 최종 운명이 블랙홀일 수 있다고 내다보며 소우주 이론을 발전시켰습니다. 앞으로 관측 기술이 발전하면 이 이론을 검증할 실마리를 얻을 수 있을 것입니다.
소우주의 탄생
소우주(Baby Universe) 이론에 대해 좀 더 자세히 알아보겠습니다.
이 이론은 우주가 블랙홀로부터 탄생했을 가능성을 제기합니다. 구체적인 메커니즘은 다음과 같습니다:
- 초기 우주에 매우 큰 질량을 가진 블랙홀이 존재했다고 가정합니다.
- 이 초대질량 블랙홀은 끝없이 수축하며 극한의 밀도와 곡률을 보이게 됩니다.
- 일반상대성이론의 한계를 벗어나 새로운 물리법칙이 작용하게 되고, 블랙홀에 '뿌리치는 반작용'이 일어납니다.
- 이 반작용으로 블랙홀 내부에서 새로운 작은 우주가 탄생하게 됩니다.
- 이 소우주는 급팽창(빅뱅)을 겪으며 우리가 살고있는 광활한 우주로 진화합니다.
- 우리 우주 역시 팽창을 거듭하다가 언젠가 수축하여 또 다른 소우주를 탄생시킬 수 있습니다.
소우주 이론이 성립하려면 양자중력이론이 완성되어 초기 시점의 극심한 곡률과 밀도를 설명할 수 있어야 합니다. 아인슈타인 방정식만으로는 한계가 있기 때문입니다.
또한 우주의 평탄도, 에너지 밀도 등의 문제를 해결해야 하는 등 여전히 많은 과제가 남아있습니다. 하지만 블랙홀과 우주 기원의 연결고리를 제시했다는 점에서 의의가 있는 이론입니다.
그럼 왜 스티븐 호팅 박사는 소우주론을 제시했을까?
기존의 빅뱅 이론만으로는 우주의 시작 시점인 특이점(singularity)을 설명하는 데 한계가 있었습니다. 특이점에서는 일반상대성이론이 적용되지 않기 때문입니다.
호킹은 양자역학과 일반상대성이론을 통합한 양자중력이론을 통해 특이점 문제를 해결하고자 했습니다. 소우주론은 이를 위한 하나의 아이디어였습니다.
구체적으로 호킹은 다음과 같은 의문점에서 출발했습니다:
- 우주는 어디서 왔으며, 어떻게 시작되었는가?
- 처음에는 아주 작은 영역이었는데, 어떻게 팽창할 수 있었는가?
- 우주의 최종 운명은 무엇이며, 영원할 것인가?
그는 블랙홀의 중력이론에서 착안하여 소우주 개념을 도입했습니다.
아인슈타인 방정식의 한계를 벗어나 초기 밀도와 시작 지점을 설명하고자 했습니다.
즉, 호킹은 소우주론을 통해 우주의 기원과 종말을 블랙홀 현상과 연결시켜 설명하려 했던 것입니다. 비록 아직 완성되지는 않았지만, 그의 이론은 우주 기원에 대한 새로운 통찰력을 제공했습니다.
소우주론에 대해서는 우리의 상상속에서만 존재할 수 있지만, 이런 멋진 생각을 하고, 본인의 논리로 설명한다는 것이 얼마나 멋진 일일까요? 우주 기원을 풀기 위한 다양한 활동이 더욱 필요해 보입니다.