우주의 끝에는 무엇이 있는가?

 

우주의 끝에는 무엇이 있는가?

-전문가에게 들어본다.-

 

 

 

1, 우주의 끝=관측의 한계

신 캐롤(Sean Carroll)

캘리포니아대학공과대학물리학연구교수. 양자역학, 중력, 우주론, 통계역학, 기초물리의 연구에 종사

 

우리가 알고 있는 한 우주의 끝은 없다. 관측할 수 있는 범위에는 한계가 있으므로 그것이 우리들로서는 <우주의 끝>이 된다고 할 수 있다.

빛이 진행하는 속도가 유한(매년1광년)이기 때문에 먼 것을 볼 때는 시간적으로도 거스르게 된다. 그래서 볼 수 있는 것은 약 140억 년 전, 빅뱅에서 남은 방사선이다. 우주마이크로파배경방사라고 불리는 것으로 우리들을 전 방향에서 둘러싸있다. 그러나 물리적인 <끝>이라고 하는 셈은 아니다.

우리들에게 보이는 우주에는 한계가 있고 저 쪽에 무엇이 있는지는 모른다. 우주는 큰 규모로 보면 꽤 보편이지만 혹시 글자 그대로 영원히 이어지는 것인지 모른다. 혹은(3차원버전의) 구체(球體)가 원환(圓環/둥근 고리)이 되어 있을 가능성도 있다.

혹시 이것이 바르다면 우주 전체의 크기가 유한인 것이 되지만 그래도 원처럼 시점도 종점도 끝도 없는 것이 된다.

우리들이 관측할 수 없는 곳에서 우주는 보편적이 아니라 장소에 따라 상태가 크게 달라질 가능성도 있다. 이것이 소위 다원우주론이다. 실제로 확인될 수는 없지만 이런 부분에도 관심을 넓혀두는 것이 중요하다고 할 수 있다.

 

2, 우주에는 끝이 없다

조 던클리(Jo Dunkley)

프린스턴 대학교의 물리학 및 천체 물리학 교수. 우주의 기원과 진화 등 우주론 연구에 종사

 

우주에는 끝이 있는 것일까 하고 생각할 것이다. 각 방면을 향하여 무한히 펼쳐져 있지만 아마도 싸여있는 모양일 기능성이 생각된다.

아무튼 끝은 없다는 것이 된다. 도너스 표면처럼 우주전체에 끝이 없을 가능성이 있다(그런데 3차원의 이야기이다. 도너스 표면에 관해서는 2차원이다.) 이 것은 곧 어느 방향으로나 로켓을 날려도 좋다는 것이다. 오랜 동안 방황한 끝에 본 자리에 돌아올 가능성도 있다는 것이다.

실제로 보이는 우주의 범위로서 관측 가능한 우주라고 부르고 있는 부분도 있다. 그 의미로는 우주의 시작부터 우리들에게 빛이 닿을 때까지의 시간이 없었던 장소가 끝이 된다. 어쩌면 그 저쪽은 우리들의 둘레에서 볼 수 있는 것과 같은 초은하단으로 무수한 별이나 혹성이 뜨는 거대한 은하일는지 모른다.

 

3, 우주의 끝= 더 오랜 빛 속에 보이는 무엇인가가.

제시 F 셰르튼(Jessie Shelton)

이리노이대학 우르바나 샴페인교(The University of Illinois at Urbana–Champaign, UIUC) 물리. 천문학 조교수. 천체물리학, 우주론의 연구에 종사

 

우주의 끝은 어떻게 정의하는가에 따른다. 빛의 속도가 유한하기 때문에 우주의 끝을 발견하려고 하면 시간을 거슬러 올라가게 된다. 안드로메다-은하(andromeda-galaxy)를 볼 때 현재의 모습조차 모르지만 안드로메다의 별이 빛을 발산한 것을 망원경으로 관측할 수가 있기 때문에 약 250만 년 전에 일어났다는 것은 알 수 있다.

우리들에게 보이는 더 오랜 빛은 더 먼 곳에서부터 와 닿았다. 그런 때문에 우주의 끝이란 것은 어떤 의미, 우리들에게 와 닿는 더 오랜 빛인가에 보이는 무엇인지도 모른다. 곧 빅뱅 후 아득히 잔존하는 빛 우주 마이크로파배경방사이다. 광자가 뜨거운 전리 프라스마（plasma/電離気体） 내의 전자 사이를 날아다니는 것을 그치고 지구로 흐르기 시작한 데서 최종 산란면이라고 부르고 있는데 이것이야말로 우주의 끝이라고 말할 수 있을 것이다.

이제 우주의 끝에 무엇이 있는가. 이 답은 모른다. 몇 십억 년이나 전의 미래까지 빛이 닿는 것을 기다리지 않으면 안 된다. 게다가 우주는 점점 속도를 높이면서 팽창하고 있으므로 우리들은 지금의 단계에서는 추측하는 수밖에 없다.

넓은 의미로 우리들의 우주는 어느 쪽에서 보아도 같은 것으로 보인다. 아마도 지금 관측 가능한 우주의 끝에서 우주를 보려고 하면 우리들이 여기서 보고 있는 것과 거의 같은 우주의 모습이 보일 것이다. 그런 때문에 우주의 끝에서 보이는 것은 단순히 보다 큰 우주, 은하, 혹성이라고 추측할 수 있다. 이와 같은 의문을 품은 생명체라도 존재할는지 모른다.

 

4, 끝은 복수가 있다.

마이클 에이 트록셀(Michael Troxel)

듀크대학물리학조교수, 관측적. 이론적우주론의 연구에 종사.

 

우주는 어쩌면 무한한 크기임에도 불구하고 실제는 <끝>이라는 것이 복수가 있다고 할 수 있을 것이다.

우주는 무한하다고 하면 <끝>은 없는 것이 된다. 혹시 우주가 종이처럼 평탄하다거나 열려있는 공간이거나 하면 참으로 끝이 없다고 말할 수 있다. 혹시 닫혀있는 공간이라면 끝이 있는 것이 된다.

그러나 어느 방향을 향하여 곧장 가서 최종적으로는 본 자리로 되돌아오면 구체의 표면을 이동하는 것 같은 상태가 상정된다. 호비트(The Hobbit/영화제목）의 비르보가 <길은 어디까지나 이어진다./문에서 나오기 시작한 장소에서>라고 말하듯이

그러나 우리들로서는 우주의 <끝>이라는 것이 2개가 있다. 일반상대성이론에 따르면 모든 것은 매시간 마다 약 6억 7000만 마일이라는 광속을 포함하여 속도에는 한계가 있다고 한다. 또 우주는 각 방향을 향하여 팽창하고 있어서 시간이 진행됨에 따라서 그 속도는 빨라진다고 생각되고 있다. 이것은 곧 먼 것을 관찰할 때 그 물체 쪽에서 빛이 닿는 데는 시간이 걸린다(거리를 광속으로 나눈다.)는 것에 이어진다. 우주가 팽창하고 있는 것을 생각하면 빛이 도달하는 사이에 빛의 이동하는 거리가 증가한다는 것이 된다.

이런 때문에 우주의 최초(약137억 년 전)에 방출된 물체에서 빛을 관찰할 수 있는 더 먼 거리 곧 470억 광년 정도(1광년은 지구로부터 태양까지의 거리의 약 63.241배) 떨어진 공동지평선(共動地平線)이라고 불리는 것에 대하여 생각할 필요가 있을 것이다.

또 보는 방법을 미묘하게 바꾸어서 보면 다음과 같다. 만일 빛의 속도로 미시지를 보내면 더 먼 혹성의 누가 받게 될 것인가. 이것은 흥미 깊은 일이라고 생각된다. 우주의 팽창률은 과거로 돌아가는 것은 감속하지만 미래로는 가속하기 때문이다.

가령 미시지가 영원히 누군가에게 닿지 아니하고 방황하게 되어도 지금부터 160억 광년 전으로 향하게 된다. 이것이 소위 사상(事象)의 지평선이다.

관측 가능한 더 먼 혹성은 단지 2만 5000광년 밖에 떨어지지 않았으므로 우주에 존재하고 있는지도 모르는 다른 생명체에게 인사할 수 있는 가능성은 역시 남아있다. 그러나 현재의 망원경이 특정할 수 있는 가장 원거리에 있는 가장 원거리는 우리들에게서 약 133억 광년의 은하에 해당한다. 따라서 우주의 끝이 어디고 무엇이 있는지는 지금은 아무도 모른다.

 

5, 우주의 끝=지평선

아비가일 비어레그(Abigail Vieregg)

부교수, 엔리코 페르미 연구소, 카블리 우주 물리학 연구소조교수.

 

지구에서 망원경을 써서 우리들은 먼 우주의 어딘가에서 와 닿는 빛을 볼 수 있다. 광원이 멀수록 빛이 도달하기까지의 시간이 길게 걸린다. 먼 곳을 보려고 하면 오늘의 모습으로가 아니라 빛이 닿을 만한 때의 그 장소의 모습을 볼 수 있는 것이다. 보다 멀리를 바란다면 시간을 거슬러 올라가게 된다.

단지 볼 수 있는 것은 빅뱅에서 수십만 년 후의 장소에 도달하기까지이다.

그 이전(별이나 은하가 존재하는 훨씬 전) 우주는 매우 덥고 밀도가 높았던 때문에 빛이 약하고 최신의 망원경이라도 볼 수가 없다. 이 장소야말로 관측 가능한 우주의 끝으로 때로는 지평선이라고 불리고 있다. 그 앞에 무엇이 있는지는 보이지 않는다. 시간이 경과함에 따라 지평선은 변한다. 다른 혹성에서 이 지평선을 보려고 하여도 지구에서 보는 것과 대개 비슷한 경치가 보일 터이다. 지평선, 빅뱅 이래 경과한 시간, 광속, 그리고 우주가 어떻게 넓어졌는지 등이다.

오늘의 지구의 지평선에 해당하는 것은 어디인가. 우리들로서는 모른다. 아는 것은 빅뱅 직후라서 오늘의 모습은 아니기 때문이다. 단지 관측 가능한 우주를 포함하여 우리들에게 보이는 우주의 모든 것은 별, 은하, 은하단, 기타 많은 <공(空)>의 공간 등 오늘의 우리들이 보는 우주와 거의 같게 보인다는 것처럼 생각되고 있다. 한편으로 오늘의 지구에서 관측할 수 있는 범위보다도 우주는 아득히 크고 우주는 끝이 없는 것이라고 하는 것처럼 생각되고 있다.

 

6, 그 답은 아직 없다.

아더 코소스키(Arthur B. Kosowsky)

피츠버그대학물리학 교수. 우주론, 이론물리학관련 연구에 종사.

 

우주에서 가장 기본적인 특성의 하나로서 시간을 들 수 있다. 여러 가지의 관측에서 현재 137억 년이라고 생각되고 있다. 빛이 일정한 속도로 전파한다는 것을 바탕으로 초기의 광선이 오늘까지 특정한 거리를 진행한 것을 알 수 있다. (지평선까지의 거리) 광선보다도 빠른 것은 없으므로 상대성이론에 따른 원리상으로는 지평선까지의 거리야말로 우리들이 관측할 수 있는 중에서도 더 먼 지점아라고 말할 수 있다.

그 거리에서 오는 광원이 소위 우주마이크로파배경방사이다. 마이크로파배경의 원점까지의 거리 이외로 우주에는 <끝>이 없다는 것을 알고 있기 때문에 우주는 지평선까지의 거리보다 훨씬 장대하여 우리들이 관측할 수 있는 범위보다도 더 멀리에 우주의 끝이 존재할 것이라고 말하듯이 추정되고 있다. 그러나 이 생각이 바른지는 모른다. 관측 가능한 우주는 비교적 한 모습으로 보편적이라고 하는 생각과는 조금 모순되는지 모른다.

아쉽지만 우리들에게는 아직 우주에는 끝이 있는지 없는지 하는 물음에 타당한 답이 없다. 혹시 끝이 있다고 하면 그것은 훨씬 먼 우주의 역사전체라고 하는 시간을 걸려서도 우리들에게 돌아오지 못할 정도로 먼 장소라고 할 수 있다. 현 단계에서는 관측할 수 있는 우주의 전체가 아니라 일부를 끝이라고 생각하는 수밖에 없는지 모르겠다.

 

일본어원문=宇宙の果てには何があるの？ 専門家に聞いてみた

출처=https://www.gizmodo.jp/2019/02/whats-at-the-edge-of-the...