기나긴 시간과 우주의 시작

우주는 아주 거대합니다. 말할 것도 없죠. 왜 우주는 이렇게 생겼을까요? 우주는 팽창합니다. 과거에는 원자보다도 작은 점에 모여있었죠. 우주가 매우 균일했다는 것은 정말 상상하기 어렵습니다. 그러나 실제로 균일했어요. 아주아주 균일하지 않았다면 바로 블랙홀로 압축되서 지금처럼 되지 않았을거에요. 아주 섬세하게 배치된 것입니다. 어떻게 그렇게 되었을까요? 이렇게 섬세하게 배치한 것은 누가 그렇게 인위적으로 만들지 않았다면 불가능한 것입니다. 과학자들은 그 이유를 매우 궁금해했습니다. 다행히도 19세기 오스트리아 물라학자 루트비히 볼츠만이 '엔트로피' 라는 개념을 도입하여 이 문제의 답을 이해할 수 있도록 도와줬습니다.

엔트로피는 무질서도를 의미합니다. 우주는 무질서도가 증가하는 방향으로 진행됩니다. 엔트로피가 증가하는 이유는 감소하는 것보다 증가하는 것이 훨씬 확률적으로 가능성이 크기 때문입니다. '시간의 화살'이라는 시간의 흐름이 엔트로피의 증가에 의해 발생합니다. 그러나 그는 엔트로피가 우주 초기에 왜 작았는지를 말해주지 못했습니다. 19세기니까요.

이 문제를 처음 제기한 사람은 리처드 파인만 이었습니다. 그는 계속 질문했습니다. 왜 우주 초기의 엔트로피는 그렇게 작았을까? 파인만이 이 질문을 50년 전에 던졌지만 아직까지 그 의문은 풀리지 않고 있습니다. 아니, 오히려 더 어려워졌습니다. 1998년 허블 우주망원경을 통해 과학자들은 놀라운 사실을 밝혀냅니다. 즉, 우주의 팽창 속도가 느려질 것이라고 생각했지만 실상은 반대로 팽창속도가 빨라지고 있었던 것이죠. 그 이후의 많은 관측을 통해서 과학자들은 우주의 빈 공간 자체가 우주를 서로 밀어내는 에너지를 내뿜는다는 사실을 알아내고 이것을 '암흑 에너지(dark energy)' 라고 이름붙였습니다.

만약 암흑에너지가 존재한다면 우주는 무한히 팽창할 것입니다. 그리고 그 빈공간은 비어있는 것이 아니고 끊임없이 요동치고 있습니다(양자요동). 우주공간은 마치 가스가 스며나오는 거대한 상자같은 것입니다. 지금 이 교실에서 공기가 갑자가 한곳으로 몰리면 여러분은 질식하겠지만 그럴 확률은 매우 낮습니다. 그러나 그 확률이 0은 아니죠. 우주는 아주 크고 아주 오래됐으며 무한에 가깝게 존재할 것입니다. 빈공간의 양자적 요동이 우주의 한곳에 균일하게 모이는 사건이 발생할 확률 역시 0이 아닙니다.

볼츠만은 이러한 전 우주적 사건이 아주 가끔 일어난다고 생각했으며 생명현상도 그러한 과정중의 하나라고 했습니다. 칼 세이건은 애플파이를 만들려면 먼저 우주를 만들어야한다고 했지만 볼츠만에 따르면 그냥 기다리기만 하면 됩니다. 이러한 사건은 아마도 10^10^120년 의 기간동인 일어날 것입니다.

우주의 엔트로피가 왜 처음에 낮았고 우리는 왜 지금 여기에 있냐고요? 가능한 답 첫째는 그냥 그렇다고 받아들이고 묻지 않는것입니다. 두번째로 가능한 답은 빅뱅이 시작이 아니라는 것이죠. 우주라는 알은 우주 닭이 낳은 것일지 모릅니다. 우주가 매우 거대한 멀티버스의 하나라는 것이죠. 감사합니다.

- 션 캐롤 -