－우주는 무한할까, 붕괴할까…의문 풀 열쇠－

10(－43)초. 1초를 무한히 나눠 거의 0에 가까운 시간이다. 불가에서 말하는 찰나(刹那)보다 더 짧은 시간일지도 모른다. 태초에 우주가 생겨날 때 이같은 극한(極限)의 시간에 삼라만상의 틀을 잡는 엄청난 변화가 있었던 것으로 알려져 있다. 과학자들은 우주창조의 시나리오를 빅뱅이론으로 설명하고 있다. 원시 불덩어리에서 대폭발이 일어나 우주가 생성됐다는 것이다. 하지만 빅뱅 이전의 우주에 대해 명쾌한 대답을 내놓는 학자들은 없다. 스티븐 호킹 같은 저명한 물리학자도 빅뱅 이전에 어떤 일이 있었느냐는 질문에는 대답을 회피한다. 학계에서는 물리학의 진전이 없는 한 풀 수 없는 영원한 미스터리로 여기고 있다.

최근 세계 각국의 몇몇 과학자들이 베일 속에 쌓여있는 빅뱅 이전의 우주를 연구하기 시작했다. 90년대 들어 물리학이론 중 하나인 초끈이론(superstring theory)이 빅뱅 이전의 우주를 설명할 수 있다는 확신을 얻었기 때문이다. 초끈이론은 아인슈타인이 풀지 못했던 양자중력을 설명하기 위해 84년 등장한 새로운 이론이다. 이 이론은 「프리빅뱅이론」으로도 불린다.
초끈이론을 연구하는 서울대 이수종교수(물리학과)는
『초끈이론으로 우주생성의 초기단계를 밝혀내면 우리가 살고 있는 세계와 전혀 다른 새로운 세계의 존재도 알게 될 것』이라며 혁명적 변화를 암시하고 있다.

우주생성 초기단계는 10의 43제곱분의 1초의 아주 짧은 순간을 말한다. 이 시간은 뉴튼의 역학법칙이나 아인슈타인의 상대성 이론으로 설명이 안되는 한계 상황이다. 이교수는 『10의 43제곱분의 1초라는 숫자는 뉴튼이론으로는 접근할 수 없고 양자역학으로만 설명이 가능하다』고 말한다. 그러므로 양자역학을 근간으로 한 초끈이론에서 10의 43제곱분의 1초 이전의 우주현상을 유출해 낼 수 있을 것으로 기대하는 것이다.
초끈이론자들이 말하는 혁명적 변화란 지난 50년동안 과학계를 지배했던 빅뱅이론을 정면으로 부정하는 내용이다. 우주가 하나의 작은 점에서 갑자기 폭발해 탄생한 것이 아니라 우리가 모르는 새로운 세계가 10의 43제곱분의 1초 이전에 있었다는 시나리오이다. 우주의 시간이 0에서 시작해서 팽창했다는 기존 관념도 완전히 무시하고 있다. 우주는 우리가 잴 수 있는 시간을 넘어선 전혀 다른 개념의 세계에 존재했던 것으로 볼 수도 있다.

초끈우주론은 관련학자들의 이론적인 뒷받침을 얻으면서 더욱 활기를 띠고 있다. 오는 6월 프랑스에서는 「초끈우주론에 있어서 풀리지 않는 문제점」이란 주제의 학회가 처음으로 열린다.

초기 우주의 장막을 뚫고 들어갈 수 있는 또 다른 수단인 중력파 측정도 초끈우주론 발전에 힘을 실어주고 있다. 우주학자들은 빅뱅의 격렬한 폭발로 상당량의 에너지가 파동으로 전환됐을 것으로 보고 지난 30년간 중력파를 찾기 위해 끈질기게 노력했다.중력파를 측정하는 기계 「라이고」가 지금 미국·호주·유럽에서 동시에 건설돼 내년이면 완성된다. 중력파의 파동을 충분히찾아내 우주 최초단계를 영상으로 구성하면 우주 창조의 이전과 직후의 순간을 잡아낼 수 있을 것이다.

우주는 유한할까 아니면 무한할까. 우주는 영원히 팽창할까 아니면 붕괴하는 것일까. 만약 붕괴한다면 붕괴한 다음 다시 나타날 것인지 그냥 사라져버릴 것인지. 천체물리학자들이 품고 있는 이 모든 의문이 풀릴 날이 다가오고 있다.
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