우주전체가 무 에서 만들어졌을수도 있다?

사람들은 수천년 동안 왜 우주가 존재하는지에 대한 수수께끼를 가지고 있다. 거의 모든 고대 문화들은 그 자신만의 창조 이야기를 만들어 냈다. 그들 대부분은 그 문제를 신의 손에 맡긴다그리고 철학자들은 그 주제에 대해 많은 것을 써 왔다. 하지만 과학은 이 궁극적인 질문에 대해 거의 말하지 않았다. 하지만 최근 몇년간 몇몇 물리학자와 우주론자들이 이 문제를 다루기 시작했다. 그들은 이제 우리가 우주의 역사와 우주가 어떻게 작용하는지를 설명하는 물리적 법칙을 이해하고 있다고 지적합니다. 그 정보는 우주가 어떻게 그리고 왜 존재하는지에 대한 단서를 제공해 줄 것이라고 그들은 말한다. 그들의 명백하게 논란이 되고 있는 대답은 빅뱅의 불 덩어리에서부터 현재 우리가 살고 있는 유명한 우주에 이르기까지 전 우주가 무에서 튀어 나왔다는 것이다. 그들은 아무것도 본질적으로 불안정하기 때문에 그런 일이 일어나야 했다고 말한다. 이 아이디어는 이상하게 들릴 수도 있고, 또 다른 공상적인 창조 이야기로 들릴 수도 있다. 하지만 물리학자들은 이것이 자연스럽게 과학의 가장 강력하고 성공적인 두 이론인 양자 역학과 일반 상대성 이론에서 나온다고 주장한다. 그렇다면 어떻게 모든 것이 무에서 나올 수 있었는지를 보여 주는 것이다. 빈 공간의 입자 먼저 양자 역학의 영역을 살펴보아야 합니다. 이것은 매우 작은 것들을 다루는 물리학의 한 분야입니다 원자와 더 작은 입자들입니다. 그것은 엄청나게 성공적인 이론이며, 대부분의 현대 전자 기기들을 뒷받침한다. 양자 역학은 우리에게 빈 공간이란 없다는 것을 말해 준다. 가장 완벽한 진공 상태조차도 실제로는 소용돌이 치는 입자들과 반파티컬의 구름에 의해 채워지고, 그것은 존재로 갑자기 거의 무로 돌아갑니다. 소위 가상 입자라고 불리는 것들은 직접적으로 관찰될 만큼 오래 지속되지 않습니다. 하지만 우리는 그것들이 그 영향으로 존재한다는 것을 알고 있습니다. 공간과 시간이 없는 공간 원자와 같은 작은 것에서부터 은하와 같은 정말 큰 것까지. 그러한 거대한 구조물을 설명하기 위한 우리의 최고의 이론은 일반 상대성 이론, 알버트 아인슈타인의 최고의 업적인데, 이것은 공간, 시간, 중력이 어떻게 작용하는지를 설명한다. 상대성은 양자 역학과 매우 다르며, 지금까지 아무도 이 둘을 완벽하게 결합시킬 수 없었다. 하지만, 몇몇 이론가들은 신중하게 선택된 근사치를 사용함으로써 특정한 문제에 대해 두가지 이론을 집중시킬 수 있었다. 예를 들어, 이 접근법은 캠브리지 대학의 스티븐 호킹에 의해 블랙 홀을 설명하기 위해 사용되었다 그들이 발견한 한가지는 가능한 한 최소의 크기로 우주에 양자 이론을 적용하면 공간 그 자체가 불안정해 진다는 것입니다. 공간과 시간은 완벽하게 부드럽고 지속적으로 유지되기보다는 시공간의 거품으로 부글거리며 불안정하게 됩니다. 다른 말로 하면, 공간과 시간의 작은 거품들은 자연적으로 형성될 수 있다. 템피에 있는 아리조나 주립 대학의 로렌스 크라우스 박사는 공간과 시간을 측정하면 시간이 변동할 수 있다고 말합니다. 따라서 가상 입자를 생성할 수 있는 것처럼 가상 공간을 생성할 수 있습니다. 게다가, 만약 이 거품들이 형성되는 것이 가능하다면, 여러분은 그것들이 형성될 것이라고 확신할 수 있습니다. 양자 물리학에서, 만약 어떤 것이 금지되지 않는다면, 그것은 반드시 0이 아닌 확률로 일어납니다,라고 메사추세츠 주 보스턴 터프츠 대학의 알렉산더 빌렌킨은 말한다. 거품에서 온 우주 입자와 반파티컬만이 아무 것도 아닌 곳으로 왔다 갔다 할 수 있는 것이 아닙니다. 시공간의 거품도 같은 역할을 할 수 있습니다. 여전히, 그것은 미세한 시공간의 거품에서 1000억개의 은하를 거느린 거대한 우주로의 큰 도약처럼 보인다. 물론, 비록 거품이 형성된다 해도, 그것은 눈 깜짝할 사이에 다시 사라질 운명에 처하게 될 것이다.사실, 거품이 살아남는 것은 가능하다. 하지만 이를 위해서는 또 다른 속임수가 필요합니다. 바로 우주 팽창입니다. 대부분의 물리학자들은 우주가 빅뱅으로부터 시작되었다고 생각한다. 처음에 우주의 모든 물질과 에너지는 상상할 수 없을 정도로 작은 점 하나에 모여 있었고, 이것은 폭발했다. 이것은 20세기 초에 우주가 팽창하고 있다는 사실을 발견한 이후에 나온 것입니다. 만약 모든 은하들이 떨어져 날고 있다면, 그들은 한 때 서로 가까이 있었음에 틀림 없다. 팽창 이론은 빅뱅의 즉각적인 여파로 우주가 나중에 팽창했던 것보다 훨씬 더 빨리 팽창했다는 것을 제시한다. 이 이상하게 보이는 생각은 1980년대 MIT의 앨런 거스에 의해 제기되었고, 현재 스탠포드 대학의 안드레이 린데에 의해 정제되었다. 아이디어는 빅뱅이 일어난 지 몇초 만에, 양자 크기의 우주 거품이 어리석게도 빠르게 팽창했다는 것입니다. 믿을 수 없을 정도로 짧은 시간 안에, 원자의 핵보다 작은 것에서 모래 알갱이의 크기로 바뀌었습니다. 마침내 팽창이 느려지자, 그것을 동력화한 힘의 영역이 오늘날 우주를 가득 채우는 물질과 에너지로 바뀌었다. 거스는 인플레이션을 궁극의 무료 점심 식사라고 부른다. 이상하게 보이지만, 인플레이션은 사실에 잘 들어맞는다. 특히, 그것은 빅뱅으로부터 남겨진 희미한 방사능 잔해인 우주 극초단파 배경이 왜 하늘에서 거의 완벽하게 균일한지를 깔끔하게 설명해 줍니다. 만약 우주가 그렇게 빠르게 팽창하지 않았다면, 우리는 방사능이 지금보다 더 값 비쌀 것으로 예상할 것이다. 우주는 평평하고 그게 중요한 이유는 인플레이션은 또한 우주론자들에게 우주의 기초 기하학을 결정하는데 필요한 측정 도구를 제공했다. 이것은 우주가 무에서 어떻게 생겨났는지를 이해하는 데에도 중요한 역할을 합니다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 우리에게 우리가 사는 시공간이 세가지 다른 형태를 가질 수 있다고 말한다. 그것은 테이블 상판만큼 평평할 수 있다. 그것은 구의 표면처럼 스스로 곡선을 그릴 수 있습니다. 만약 여러분이 같은 방향으로 충분히 멀리 여행한다면, 여러분은 시작했던 곳으로 돌아가게 될 것입니다. 아니면, 시공간이 안장처럼 바깥쪽으로 휘어질 수도 있습니다. 그래서 그게 뭔데요? 알 수 있는 방법이 있다. 여러분은 수학 시간에 삼각형의 세 각도가 정확히 180도가 된다는 것을 기억할지도 모르겠다. 사실 여러분의 선생님들은 중요한 점을 지적하지 않았습니다 이것은 단지 평평한 면에서만 사실입니다. 풍선 표면에 삼각형을 그리면 세개의 각도가 180도 이상이 된다. 또는 안장처럼 바깥쪽으로 곡선을 그리는 표면에 삼각형을 그리면 각도가 180도 이하로 증가합니다. 그래서 우주가 평평한지 알아보기 위해서, 우리는 정말 큰 삼각형의 각도를 측정할 필요가 있습니다. 바로 거기서 인플레이션이 발생한다. 그것은 우주 극초단파 배경에서 더 따뜻하고 더 시원한 패치의 평균 크기를 결정했습니다. 이 조각들은 2003년에 측정되었고, 이것은 천문학자들에게 삼각형들의 선택권을 주었습니다. 결과적으로, 우리는 관측 가능한 가장 큰 규모에서 우리의 우주가 평평하다는 것을 알고 있습니다.평평한 우주는 매우 중요합니다. 그것은 오직 평평한 우주만이 무에서 왔을 가능성이 있기 때문이다. 별과 은하계에서 우리가 볼 수 있는 빛에 이르기까지 존재하는 모든 것들이 어딘가에서 튀어 나왔을 것입니다. 우리는 이미 입자들이 양자 수준에서 생겨난다는 것을 알고 있습니다. 그래서 우리는 우주가 몇가지 잡다한 점들을 포함하고 있을 것이라고 예상할 수 있습니다. 하지만 이 모든 별들과 행성들을 만들기 위해서는 엄청난 양의 에너지가 필요합니다.우주는 어디서 이 모든 에너지를 얻었을까요? 희한하게도, 아무것도 얻을 필요가 없었을 수도 있어요. 우주의 모든 물체는 중력을 생성하고, 다른 물체를 그 쪽으로 끌어당기기 때문입니다. 이것은 우선 물질을 만들기 위해 필요한 에너지의 균형을 맞춘다. 그것은 다소 구식의 측정 척도와 같다. 한쪽 면에 무게를 실을 수 있다. 한쪽 면이 같은 무게로 균형을 잡는 한. 우주의 경우, 물질은 중력에 의해 균형을 이루어야 합니다. 물리학자들은 평평한 우주에서 물질의 에너지가 정확히 질량이 생성하는 중력의 에너지에 의해 균형을 이룬다고 계산했다. 하지만 이것은 평평한 우주에서만 사실입니다. 만약 우주가 곡선 형태로 되어 있었다면, 그 두 금액은 상쇄되지 않았을 것이다. 우주 아니면 다중 우주? 이 시점에서 우주를 만드는 것은 거의 쉬워 보인다. 양자 역학은 우리에게 무 는 본질적으로 불안정하기 때문에 무 에서 무언가로의 초기 도약은 불가피했을 수도 있다고 말해 줍니다. 그 결과로 생긴 아주 작은 시공간의 거품은 인플레이션 덕분에 거대하고 바쁜 우주로 돌진할 수 있었다. 크라우스 박사는 이렇게 말합니다. 우리가 이해하는 물리 법칙은 우리 우주가 무 우주, 무 공간, 시간, 입자, 우리가 지금 알고 있는 어떤 것에서도 생성되지 않았다는 것을 대단히 그럴듯하게 만듭니다. 그런데 왜 이런 일이 딱 한번만 일어난 걸까요? 만약 시공간의 거품 하나가 생겨나서 우리 우주를 형성한다면, 무엇이 다른 거품들이 같은 일을 하는 것을 막았을까요? 린드는 단순하지만 마음을 흔드는 대답을 제공한다. 그는 우주는 항상 존재해 왔고 이 과정은 영원히 계속될 것이라고 생각한다. 새로운 우주가 팽창을 멈추면, 그것은 여전히 팽창을 계속하는 우주로 둘러싸여 있다고 린드는 말한다. 그 팽창하는 공간은 더 많은 우주를 생성할 수 있고, 그 주변에는 더 많은 팽창하는 공간이 있다. 그래서 일단 인플레이션이 시작되면 그것은 끝없는 연쇄적 우주를 만들어 낼 것이고, 린데는 그것을 영원한 인플레이션이라고 부른다. 우리의 우주는 끝없는 해변의 모래알일지도 모른다. 그 우주들은 우리 우주와 크게 다를 수도 있습니다. 옆집의 우주는 우리 우주의 길이, 폭, 높이가 아니라 5차원의 공간을 가지고 있을 수도 있습니다. 중력은 10배 더 강하거나 1000배 더 약하거나 아예 존재하지 않을 수도 있다. 물질은 완전히 다른 입자들로 구성될 수도 있다. 그래서 어쩌면 상상을 초월한 우주들이 존재할 수도 있어요. 린드는 영원한 인플레이션이 단지 궁극적인 무료 점심 식사가 아니라 가능한 모든 음식을 구할 수 있는 유일한 것이라고 말한다. 아직까지 우리는 다른 우주들이 존재한다는 확실한 증거를 가지고 있지 않다. 하지만 어느 쪽이든, 이러한 생각들은 아무것도 아닌 것에 감사합니다 라는 문구에 완전히 새로운 의미를 부여한다.