빅뱅 이전에 존재했던 것. 과학자들은 점점 의심하고 있습니다.

 

 

 

우주는 어떻게 시작되었을까요?

 

우리는 당연히 138억 년 전의 거대한 폭발, '빅뱅'을 떠올립니다.

 

하지만 그 폭발이 있기 전에는 무엇이 있었을까요?

 

어쩌면 빅뱅은 '시작'이 아니라, 어떤 거대한 사건의 '결과'였을지도 모릅니다.

 

얼마전, 우리 우주가 '빅뱅 이전에 존재했던 우주'에서 태어났다는 충격적인 연구 결과가 발표되었는데요.

 

이전 우주에서 존재했던 무언가가, 어느 순간 한계를 넘어 '펑!' 하고 튕겨져 나오며 지금의 우주가 되었다는 겁니다.

 

더욱 놀라운 것은, 이 거대한 반동의 힘이 우주를 탄생시킨 최초의 폭발뿐만 아니라, 지금의 우주를 팽창시키는 미스터리한 힘까지도 동시에 설명할 수 있었다는 점이죠.

 

결국 우리의 우주는, 이전 세계의 종말 속에서 피어난 새로운 시작이었던 걸까요?

 

이번 연구는 Physical Review D에 정식 게재되었습니다.

 

 

 

 

 

 

[제1장: 완벽한 설계도의 치명적 균열]

 

 

밤하늘을 올려다보면, 무수한 별들이 마치 거대한 검은 캔버스 위에 흩뿌려진 듯 보입니다.

 

어디 하나 모난 곳 없이, 우주는 끝없이 평평하게 펼쳐져 있는 것처럼 보이죠.

 

하지만 망원경의 눈을 통해 그 심연을 들여다보면, 더욱 놀라운 사실을 마주하게 됩니다.

 

은하들이 모여 만든 거대한 거품 구조, 밤하늘을 가로지르는 은하수의 부드러운 띠에 이르기까지...

 

우주는 경이로울 정도로 질서정연한 모습을 갖추고 있다는 사실입니다.

 

여기서 인류의 가장 오래된 질문 하나가 시작됩니다.

 

대체 어째서 우주는 이토록 '평평하고, 매끄러우며, 또 광활한' 것일까?

 

이 거대한 수수께끼에 답하기 위해, 현대 우주론은 오랫동안 하나의 '정설'을 채택해왔습니다.

 

바로 '표준 우주론 모델' 이라 불리는 거대한 우주의 설계도를 말이죠.

 

이 모델에 따르면, 우주의 역사는 세 가지의 거대한 단계로 이루어져 있다고 합니다.

 

 

 

 

 

첫 번째 단계 :  '빅뱅'이라는 대폭발로 모든 것이 시작됩니다.

 

두 번째 단계 : 탄생 직후 우주는 '인플레이션'이라 불리는 상상 초월의 속도로 순식간에 팽창하여, 지금의 광활한 모습을 갖추게 됩니다.

 

그리고 마지막 단계 : 현재의 우주는 정체불명의 '암흑 에너지'에 의해 다시금 가속 팽창하고 있습니다.

 

 

빅뱅과 인플레이션, 그리고 암흑 에너지까지..

 

이 3단계로 이루어진 기존의 표준 우주론 모델은, 지금까지 우리가 관측한 우주의 역사와 거대 구조를 놀라울 만큼 성공적으로 설명해왔습니다.

 

하지만 모든 것을 완벽하게 설명하는 듯했던 이 '표준 우주론 모델'은, 사실 처음부터 몇 가지 해결되지 않는 근본적인 문제들을 안고 있었는데요.

 

 

첫째, '시작점'의 문제입니다.

 

빅뱅 이론은 우주의 시작을 '무한한 밀도를 가진 한 점', 즉 '특이점'에서 찾습니다.

 

하지만 이 특이점이라는 개념으로 들어가게 되면, 현대의 모든 물리 법칙이 붕괴하게 되죠.

 

우주를 물리적으로 설명해야 할 물리 이론이, 역설적이게도 물리적으로는 존재 불가능한 상태에서 시작해야 한다는, 치명적인 모순에 빠져있는 겁니다.

 

 

 

 

 

둘째, '가상의 존재들'에 기댄다는 문제입니다.

 

우주 초기의 폭발적인 팽창을 설명하기 위해 '인플레이션'이라는 가설을, 현재의 가속 팽창을 설명하기 위해 '암흑 에너지'라는 미지의 존재를 끌어들였습니다.

 

하지만 이들은 아직까지 그 누구도 직접 관측한 적이 없는, 그저 추측에 불과한 상상의 요소들이죠.

 

결국 극단적으로 말하면, 현대의 표준 우주론은 '물리적으로 불가능한 시작점'을 설정하고, 그 위에 '있었으면 참 좋겠다' 식의 '상상 속 재료들'을 더해, 겨우 성립하는 모델이라고 할 수 있는 겁니다.

 

바로 이 지점에서, 연구팀은 완전히 새로운 질문을 던지기 시작했습니다.

 

 

"만약 진실이 우주의 바깥이 아니라, 가장 깊은 안쪽에 있는 것이라면?"

 

 

 

 

 

 

[제2장: 새로운 관점 - 해답은 '안'에 있었다]

 

 

연구팀은 발상을 완전히 뒤집었습니다.

 

우리 우주가 나타나기 전, 거대한 블랙홀과 같은 존재가 있었다면..?

 

그리고 그 내부에서 중력에 의해 끝없이 붕괴하던 물질들이 어느 순간 강력하게 '반발하며 폭발'해, 지금의 우주를 탄생시킨 것이라면 어떨까?

 

이것은 기존의 모든 가설을 뒤엎는, 아주 대담하고도 혁신적인 관점이었습니다.

 

그렇다면 "우리 우주가 블랙홀에서 태어났다"는 이 기묘한 가설을 뒷받침하는, 과학자들의 아이디어는 무엇이었을까요?

 

그들의 접근법은 아주 기발했습니다.

 

'우주의 시작을 밖에서 구경만 할 게 아니라, 아예 블랙홀의 안으로 들어가서 그 시작을 파헤쳐보자'는 역발상이었죠.

 

사실 이것은 기존 과학의 가장 큰 난제에 대한 도전이기도 했습니다.

 

아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면, 블랙홀의 중심에서는 중력이 모든 것을 무한히 한 점으로 뭉개버리는데요.

 

과학자들은 이렇게 물리 법칙이 붕괴하고, 모든 계산이 멈추는 이 지점을 '특이점(Singularity)'이라고 부릅니다.

 

말 그대로, 우리 과학이 마주한 거대한 '에러 메시지'인 셈이죠.

 

그렇다면 왜 이런 '에러'가 발생하는 걸까요?

 

 

 

 

 

그것은 아인슈타인의 이론이 '거시 세계'를 위한 법칙이었고, 원자보다 작은 '미시 세계'의 규칙, 즉 '양자역학'을 계산에 넣지 않았기 때문입니다.

 

바로 이 지점에서, 새로운 연구팀이 미시 세계의 가장 강력한 규칙 중 하나인, '파울리 배타 원리'를 이 붕괴 과정에 적용했는데요.

 

이 원리는 아주 쉽게 말해, "모든 입자는 자신만의 고유한 '개인 공간'이 있어서, 같은 공간에 겹쳐 들어갈 수 없다"는 우주의 기본 규칙을 말합니다.

 

그러자 아주 놀라운 일이 벌어졌습니다.

 

블랙홀 중심으로 무한히 뭉개지려던 물질들이, 더 이상 비집고 들어갈 '개인 공간'이 없어지자, 서로를 엄청난 힘으로 밀어내기 시작한 거죠.

 

이 강력한 '양자적 반발력'은 모든 것을 멈춰 세우는 벽이자, 모든 것을 튕겨내는 거대한 '트램펄린'처럼 작용했습니다.

 

안으로 향하던 붕괴의 힘이, 바깥으로 터져 나가는 거대한 '바운스(Bounce)'로 완벽하게 역전된 겁니다.

 

결론적으로, 블랙홀의 중심에서 특이점이라는 '에러 메시지'는 더 이상 존재하지 않게 되었습니다.

 

 

 

 

 

그렇다면 어떠한 원리로 이것이 가능하게 되었던 걸까요?

 

기존의 우주론에는 "중력은 언제나 끌어당기기만 한다"는, 그 누구도 의심하지 않았던 대원칙이 있었습니다.

 

그리고 바로 이 원칙 때문에, "모든 것은 결국 한 점으로 붕괴할 수 밖에 없다"는 '특이점 이론'이 탄생했죠.

 

하지만 연구팀이 도입한 '양자적 압력'은, 바로 이 대원칙을 깨뜨리는 '새로운 힘'이 될 수 있었습니다.

 

중력이 아무리 강하게 짓눌러도, 어느 한계에 다다르게 되면 "더 이상은 안 돼!"라며 강력하게 밀어낸다는 건데요.

 

이렇게 '끌어당기기만 하는 힘'의 전제가 깨지자, 기존의 특이점이라는 개념도 함께 사라지게 된 겁니다.

 

즉 우주의 종말이라 여겨졌던 중력의 붕괴가, 사실은 끝이 아니라는 것을 새롭게 발견하게 된 거죠.

 

연구팀의 말을 빌리자면, 그들은 이렇게 설명하고 있습니다.

 

 

"우리는 중력 붕괴가 반드시 특이점으로 끝날 필요가 없다는 것을 확인했습니다."

 

"붕괴하던 물질의 구름이 초고밀도 상태에 도달한 뒤,

다시 튕겨져 나와 새로운 팽창의 단계로 나아갈 수 있다는 것을 발견한 겁니다."

 

 

 

 

 

 

제3장: 새로운 우주, 새로운 운명

 

 

블랙홀의 중심은 모든 것의 무덤이 아니었습니다.

 

오히려 새로운 우주를 탄생시키는 '요람'이었을지도 모릅니다.

 

이 이론의 가장 중요한 점은, 이 모든 과정이 '새로운 물리 법칙'이나 '숨겨진 차원' 같은 SF적인 가설 없이, 오직 우리가 이미 알고 있는 '일반 상대성 이론'과 '양자역학'이라는, 두 개의 기둥만으로 설명된다는 겁니다.

 

더욱 놀라운 것은, 이 모델이 현대 우주론의 가장 큰 두 가지 수수께끼, 바로 '인플레이션'과 '암흑에너지'를 동시에 해결한다는 점이죠.

 

기존 이론에서는, 빅뱅 직후의 폭발적인 '초기 급팽창(인플레이션)'과, 현재 우주를 다시 가속시키는 '암흑에너지'를 설명하기 위해, 각각 별개의 가상적인 존재들을 가정해야만 했습니다.

 

마치 두 개의 다른 문제를 풀기 위해, 두 개의 다른 임시방편(땜질)이 필요했던 것과 같은데요.

 

하지만 이 새로운 모델에서는, 전혀 그럴 필요가 없었습니다.

 

마치 단단한 바닥에 떨어진 '공'처럼, 블랙홀 중심에서 일어난 강력한 '양자 바운스'라는 개넘이,  이 모든 것을 자연스럽게 설명할 수 있기 때문이었죠.

 

 

• 바운스 직후의 폭발적인 첫 번째 반동이 바로, 우주를 순식간에 부풀린 '인플레이션'을 일으키고,
• 그 바운스의 여파로 남은 팽창의 힘이 바로, 지금의 우주를 서서히 가속시키는 '암흑에너지'의 효과를 만들어낸다는 겁니다.

 

 

 

 

 

하나의 아름다운 이론이, 여러 개의 흩어져 있던 퍼즐 조각을 한 번에 맞춰버린 셈이 되었습니다.

 

그리고 이 연구의 결론은, 우리를 더욱 경이로운 지점으로 이끌고 있는데요.

 

연구팀에 따르면, 이 '양자 바운스'는 그저 '일어날 수도 있는' 여러 가능성 중 하나가 아니었습니다.

 

특정 조건들(정해진 공간 곡률과 양자 배타 원리 등)이 만족되기만 한다면, 이 현상은 마치 단단한 바닥에 떨어진 공이 반드시 튀어 오르듯, '필연적으로' 일어나야만 하는 법칙이었다는 거죠.

 

결국, 블랙홀의 중심으로 향하는 중력 붕괴는, 새로운 우주의 탄생이라는 단 하나의 정해진 운명으로 이어지고 있었던 겁니다.

 

이 새로운 블랙홀 우주론이 과학계에 던지는 의미는 실로 엄청난데요.

 

 

첫째, 이 모델은 기존 빅뱅 이론의 가장 큰 골칫거리였던 '특이점 문제', 즉 모든 물리 법칙이 붕괴하는 시작점을 자연스럽게 제거했습니다.

 

우주의 시작에 더 이상 '계산 불가능한' 지점이 없어지게 되는 거죠.

 

둘째, 인플레이션이나 암흑에너지 같은 현상을 설명하기 위해, 정체불명의 가상 에너지를 끌어올 필요 없이, 우리가 이미 알고 있는 확립된 물리 법칙만으로 우주의 모습을 설명해내는, 아름답고 단순한 길을 열어주었습니다.

 

 

하지만 가장 흥미로운 점은, 이 모든 이야기가 단순히 상상 속에서 끝나지 않는다는 건데요.

 

이 가설은 "만약 내 말이 맞다면, 우주에서 이런 증거들이 발견될 것이다"라는, 검증 가능한 '예언'들을 포함하고 있기 때문입니다.

 

이것이 바로 이 이론이 중요하게 평가받고 있는 이유이기도 하죠.

 

예를 들어, 이 모델은 우리 우주가 완벽하게 평평하지 않고, 마치 거대한 풍선의 표면처럼 아주 희미하게 둥글게 휘어져 있는 '닫힌 우주'일 것이라고 예측합니다.

 

 

 

 

 

이 미세한 곡률은 유럽우주국(ESA)의 유클리드(Euclid) 우주 망원경과 같은, 미래의 정밀 관측으로 충분히 검증 가능한데요.

 

만약 우주가 정말로 닫힌 구조임이 확인된다면, 이 '블랙홀 우주론'은 매우 강력한 지지를 얻게 되는 겁니다.

 

또한, 이 모델이 계산해 낸 현재 우주의 팽창 속도는, 우리가 실제로 관측하고 있는 '허블 상수'의 값과 모순되지도 않아서, 현실과의 정합성 또한 입증했습니다.

 

연구팀은 앞으로 ESA의 새로운 'ARRAKIHS(아라키스)' 탐사 계획 등을 통해, 이 모델이 예측하는 초기 우주의 '잔해'들을 찾아 나설 예정인데요.

 

만약 이 모든 예언이 사실로 증명된다면, 우리는 경이로운 결론과 마주하게 됩니다.

 

바로 우리가 사는 이 거대한 우주 전체가, 사실은 단 하나의 블랙홀 내부라는 놀라운 그림으로 완성되는 거죠.

 

즉, 우리의 우주는 저 위 어딘가에 존재할 '부모 우주'의 거대한 별이 붕괴하여 만들어진 블랙홀, 그 안에서 태어난 하나의 세상이되는 겁니다.

 

 

 

 

 

 

결국 이 모델이 우리에게 말하는 것은 한 가지입니다.

 

우리 우주는 특별하지 않다는 것.

 

우리는 더 거대한 우주적 순환의 한 고리일 뿐이며, 우리가 '빅뱅'이라 불렀던 사건은 무(無)에서의 창조가 아니었습니다.

 

한 과학자의 말처럼, 그것은 단지 '중력과 양자역학이 빚어내는, 끝나지 않는 우주 사이클의 한 단계'였을 뿐이죠.

 

이제 인류는 우주의 기원과 운명을 향한 새로운 탐사를 시작합니다.

 

우리는 그 영원한 이야기의, 한 페이지에 불과하기 때문입니다.