에테르ether 개념이 에너지로 가득 찬 우주 개념으로 진전되었다
MIT의 물리학자들 알란 구스Alan Guth(1947-)와 데이비드 카이저David E, Kaiser(1947-)는 우리는 다중우주multiverse[메타우주meta-universe라고도 하는데 우리가 살고 있는 우주를 포함하여 우주들 전체를 의미한다.]의 일부라는 설명이 가능하다고 말합니다. 이 다중우주에서 우리의 우주는 무한하거나 엄청나게 많은 우주들 가운데 하나일 뿐입니다. 두 사람은 또한 우리의 우주에 대한 진공 여부를 결정하는 건 없다고 주장합니다. 대신 관측 가능한 우주는 가능한 모든 유형의 진공으로 구성된 다중우주 내의 하나의 작은 반점으로 보인다고 합니다. 즉 다른 많은 우주 속에는 다른 가능성들 또한 많이 있으므로, 진공이 작용할 수 있는 거의 무한한 방법 중 어느 하나가 우리 우주의 진공 상태를 결정한 것이 아닙니다. 이는 영국의 이론물리학자 로저 펜로즈 경Sir Roger Penrose(1931-)의 개념, 즉 우리의 우주는 우주를 이루는 수십조의 가지 중 하나의 봉우리로 시작되었다는 개념과도 일치합니다.
구스와 카이저가 정의한 대로 인류발생론이 본질적으로 말하는 것은 우주에는 수많은 법칙이 가능하며, 우리가 우리의 우주를 갖게 된 이유는 우리가 여기서 그것을 관찰하기 때문이라는 것입니다. 우주의 법칙이 인간이나 생명이 존재할 수 없는 그런 것이라면, 다중우주의 다른 곳에서도 누구도 그 우주의 다른 법칙을 관측하거나 기록할 수 없을 것입니다.
다른 우주가 존재하든 않든 끈 이론은 수학 방정식을 통해 우주에는 일곱 개의 다른 차원이 있다는 주장도 내놓았습니다. 우리는 왜 이런 다른 차원들을 보지 못하는 것일까? 이런 차원은 우리가 보고 탐지할 수 있는 가장 작은 입자보다 수십조나 작은 영역에 존재하기 때문이라는 설명이 있습니다. 그 영역은 약 10-35m 크기입니다. 끈 이론이 대단히 복잡하고 논쟁적이지만, 대부분의 다른 이론들도 이 매우 작은 스케일 10-35m에 우리 우주의 근본 성분이 있다고 제시합니다. 따라서 그것은 『신을 보여주는 21세기 과학』(도서출판 知와 사랑)의 저자 레오킴Leo Kim의 말로 유픽셀이 있는 곳에 해당합니다.
19세기의 에테르ether 개념이 21세기에는 에너지로 가득 찬 우주 개념으로 진전되었습니다. 이런 관념은 과학자들이 우리 우주의 독특한 면 중 하나가 진공 상태임을 시사하게 했습니다. 이는 결국 생명을 용인하지만 다른 일곱 차원들 그리고 상이한 진공 상태를 가진 다수의 우주들을 요구할 수 있는 쪽으로 조율됩니다. 실재에 대해 이처럼 이상하게 보이는 서술은 1800년대 이후의 두 미스터리 중 하나의 결과입니다.
19세기의 또 하나의 수수께끼는 가장 근본적인 수준의 물질은 무엇인가 하는 의문입니다. 대부분의 사람들, 심지어 물리학자가 아닌 사람들도 물질은 입자로 이루어진 것으로 간주합니다. 19세기의 미스터리는 흑체-복사black-body radiation[모든 파장의 복사 광선을 완전히 흡수하는 가상의 무반사, 무광택의 물체인 검은 물체에서 나오는 방사]였습니다. 텅스텐 같은 물질에 충분히 열을 가하면 빛을 방사합니다. 많은 새로운 수수께끼나 역설들과 마찬가지로 이런 미스터리가 양자 이론을 이끌어냈습니다.
아인슈타인은 물질과 에너지가 호환된다고 보았습니다. 하나가 다른 하나로 전환될 수 있다는 것입니다. 원자폭탄은 매우 작은 물질 조각이 엄청난 양의 에너지로 전환된 것입니다. 빅뱅의 경우 모든 것이 에너지점으로 불가해하게 압축된 것이며, 그것의 팽창과 냉각으로 물질 및 여러 에너지 형태가 생겨났습니다. 물질에 대한 또 다른 관점은 인간이 에너지의 어떤 면을 설명하는 데서 생겨난 은유입니다.
20세기에 양자 이론이 등장했습니다. 양자 이론은 물질과 에너지가 동일한 방법으로 각자의 파동과 입자 특성을 갖고 있다고 설명합니다. 이 이론은 전자와 광자 같은 매우 작은 입자들에는 적용되지만, 당구공처럼 보다 큰 물체에 적용할 때는 양자 효과quantum effect가 미미해집니다.
어떤 것이 어떻게 파동과 입자가 될 수 있을까? 양자 이론이 나온 지 약 80년이 되었지만, 전문가들은 아직도 그 설명에 동의하지 않습니다. 그러나 양자 이론은 훗날 실험을 통해서야 얻게 되는 대단히 새로운 것들을 예측했습니다. 파동은 사방으로 퍼지므로 파동이 있는 하나의 지점을 생각할 수가 없습니다. 마찬가지로 양자 이론은 분자 안에서 전자의 위치를 말할 수 없으며 전자는 어느 순간 어디에나 있을 수 있을 뿐입니다.
뉴욕 시립대학의 물리학자 미치오 카쿠Michio Kaku(1947-)는 전자의 위치가 불확실한 것에 대한 뛰어난 한 예를 제시했습니다. 그는 전자가 어떻게 규칙적으로 비물질화되어서 다른 쪽 벽, 혹은 PC와 CD 안에서 물질화되는지를 설명했습니다. 그는 안정된 분자 안에 두 원자를 묶어두면 전자들이 동시에 수많은 장소에서 일제히 나타나 원자를 묶는 전자 ‘구름’을 형성할 수 있다는 것을 설명했습니다. “분자가 안정되고 우주가 붕괴되지 않는 이유는 전자가 동시에 수많은 장소에 있을 수 있기 때문이다.”
전자가 진공 상태에 들어가면 다른 전자로 대치되지만 다른 위치에 있게 됩니다. 처음의 전자는 다른 우주에 들어가서 또 다른 우주에서 온 전자로 대치됩니다. 이는 거대한 의자 뺏기 놀이로 한 전자(혹은 빛 광자나 어떤 양자)가 계속 대치되면서 무한한 수의 평행우주를 통해 전자의 운동이 일어나는 것입니다. 이런 대치는 막스 플랑크Max Planck(1858-1947)의 시간 스케일인 1.616×10-44초 내에서 발생합니다. 매우 근소하지만 카쿠의 이론처럼 동시에 일어나는 건 아닙니다. 플랑크는 양자 이론의 아버지였으며, 우주의 불변하는 특징을 산출해냈습니다. 플랑크의 시간은 이런 상수constant들 가운데 하나입니다. 플랑크의 길이Planck’s length는 약 10-35m이며, 이것이 중력과 시공간에 대한 고전물리학 이론을 무력하게 만들고 양자 효과를 부각시켰습니다. 플랑크의 시간은 광속으로 플랑크의 길이를 여행하는 데 걸리는 시간을 말합니다.
『양자 뇌 The Quantum Brain』의 저자 제프리 새티노버Jeffrey Burke Satinover(1947-)는 위대한 물리학자 리처드 파인먼Richard Phillips Feynman(1918-88)과 존 휠러John Archibald Wheeler(1911-2008)가 진공에서 사라졌다가 다시 나타나는 이런 입자들에 대해 놀라워했음을 상기시킵니다. 그들은 우주에는 오직 하나의 전자만 있을 거라고 농담을 했습니다.
세계는 시간 속에서 전진하고 후퇴하는 다중우주 간의 접속역학을 편안하게 논할 수 있는 곳입니다. 파인먼과 휠러가 그랬듯이 우주 속의 모든 전자가 같은 것인지, 단지 시간 속에서 복합적인 고리들을 통해 다시 나타나는 것인지 진지하게 질문할 수 있습니다.
레오킴은 유픽셀들의 이런 자리 뺏기 운동이 다른 우주들을 통해 하나의 유픽셀이 어떻게 입자이자 파동처럼 활동할 수 있는지 설명해준다고 말합니다. 이는 바로 소위 ‘다중세계들the many-worlds’의 변형으로 불리는 양자 이론의 가정 가운데 하나라고 말합니다. 유픽셀이 다른 위치에서 재출현하므로 그것은 또한 입자들이 어떻게 움직이는지 설명해줄 것입니다.
양자 이론이 실제로 무엇을 의미하는지 충분히 합의되지 않았음에도 불구하고, 양자 역학 없이는 레이저, 텔레비전, 컴퓨터, 마이크로파, CD와 DVD 재생기, 이동전화 그리고 현대의 많은 기기들을 가질 수 없었을 것입니다. 물리학자이며 노벨상 수상자 닐스 보어Niels Bohr(1885-1962)는 말했습니다. “양자 이론에 충격 받지 않은 사람은 양자 이론을 이해하지 못한 사람이다.”
수십 년 후 또 다른 노벨상 수상자이며 존 휠러의 제자였던 리처드 파인먼은 양자의 세계는 인간이 직접 체험하는 것과는 전혀 다르게 작용한다고 말했습니다. 그는 캘리포니아 테크놀로지 인스티튜트 신입생들에게 양자 이론을 포기하지 않도록 용기를 북돋우면서 말했습니다.
“양자 이론을 이해하지 못해서 외면하려는 여러분을 설득하는 것이 내가 할 일입니다. 여러분도 알다시피 나의 물리학 학생들도 그것을 이해 못합니다. …… 이는 나도 그것을 이해하지 못하기 때문입니다. 누구도 이해하지 못합니다.”