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다중 우주론

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목차

1. 개요

다중 우주론은 하나의 우주가 아닌 여러 우주가 존재한다는 이론으로, 개념의 역사는 고대 그리스 철학자 아낙시만드로스까지 거슬러 올라간다. 현대 과학적 맥락에서는 1895년 루트비히 볼츠만과 에른스트 체르멜로의 논쟁에서 처음 등장했으며, 1990년대 이후 과학적 논의와 학술 연구가 활발히 이루어졌다. 다중 우주론은 과학적 증거 탐색, 지지자와 회의론자 간의 논쟁, 오컴의 면도날 적용, 다양한 유형 분류 등을 통해 논의된다. 맥스 테그마크는 다중 우주를 네 가지 레벨로, 브라이언 그린은 아홉 가지 유형으로 분류했으며, 인류 원리와의 연관성도 논의된다.

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다중 우주론

2. 개념의 역사

다중 우주에 대한 아이디어는 고대 그리스 철학에서부터 시작하여 현대 물리학에 이르기까지 오랜 역사를 가지고 있다. 일부에서는 기원전 6세기 아낙시만드로스가 무한한 세계 개념을 처음 제시했다고 보지만, 그가 실제로 다중 세계를 믿었는지, 그리고 그 세계들이 동시대에 존재하는지 혹은 순차적으로 나타나는지에 대해서는 학자들 간의 의견이 분분하다.[135][3][136][137][138][139][4][5][6][7]

무수한 세계 개념을 명확하게 제시한 것은 고대 그리스의 원자론자들로, 기원전 5세기 레우키포스와 데모크리토스를 시작으로 에피쿠로스(기원전 341~270년)와 루크레티우스(기원전 1세기)로 이어진다.[140][141][139][142][143][144][8][9][7][10][11][12] 기원전 3세기 철학자 크리시포스는 세계가 영원히 소멸하고 재생된다는 주장을 통해 시간에 따른 다중 우주의 존재 가능성을 제시하기도 했다.[143][11] 이러한 다중 우주 개념은 중세 시대를 거치며 더욱 구체화되었다.

현대에 들어 미국의 철학자이자 심리학자인 윌리엄 제임스가 1895년에 "다중 우주"라는 용어를 사용했지만, 이는 오늘날의 과학적 의미와는 다른 맥락이었다.[145][13] 현대 과학적 맥락에서 다중 우주 개념이 처음 등장한 것은 1895년 루트비히 볼츠만과 에른스트 체르멜로 사이의 논쟁 과정에서였다.[146][14] 이후 1952년, 더블린에서 에르빈 슈뢰딩거는 강연 중 자신의 방정식이 여러 가능한 역사들을 동시에 설명하는 것처럼 보이며, 이것들이 단순히 대안적인 가능성이 아니라 실제로 동시에 일어나는 현실일 수 있다고 언급했다.[147][15] 이러한 현상은 중첩이라는 개념으로 설명된다. 다중 우주 가설은 우주론, 물리학, 천문학뿐만 아니라 종교, 철학, 심리학, 그리고 SF와 판타지 같은 픽션 분야에서도 다양하게 탐구되고 있다.

2. 1. 고대 및 중세

일부 학자들은 무한한 세계에 대한 아이디어가 기원전 6세기의 소크라테스 이전 그리스 철학자 아낙시만드로스에 의해 처음 제시되었다고 주장한다.[135][3] 그러나 그가 여러 세계를 믿었는지, 그리고 믿었다면 그 세계들이 공존했는지 아니면 연속적이었는지에 대한 논쟁이 있다.[136][137][138][139][4][5][6][7]

무수한 세계라는 개념의 기원을 확실히 찾을 수 있는 이들은 고대 그리스의 원자론자들이다. 이들은 기원전 5세기 레우키포스와 데모크리토스에서 시작하여 에피쿠로스(기원전 341~270년)와 루크레티우스(기원전 1세기)로 이어진다.[140][141][139][142][143][144][8][9][7][10][11][12] 기원전 3세기 철학자 크리시포스는 세상이 영원히 소멸하고 재생된다고 주장했는데, 이는 시간에 걸쳐 여러 우주가 존재함을 효과적으로 암시하는 것이었다.[143][11] 다중 우주의 개념은 중세 시대에 더 구체화되었다.

2. 2. 현대

미국의 철학자이자 심리학자인 윌리엄 제임스는 1895년에 "다중 우주"라는 용어를 사용했지만, 다른 맥락에서 사용했다.[145][13]

이 개념은 현대 과학적 맥락에서는 1895년 루트비히 볼츠만과 에른스트 체르멜로 사이의 논쟁 과정에서 처음 등장했다.[146][14]

1952년 더블린에서 에르빈 슈뢰딩거는 강연 중 청중들에게 자신의 말이 "미치광이처럼 보일 수 있다" 또는 "정신 나간 소리"처럼 들릴 수 있다고 농담 반 진담 반으로 경고했다. 그는 자신의 방정식들이 여러 가지 다른 역사들을 설명하는 듯할 때, 이것들은 "대안들이 아니라, 모두 실제로 동시에 일어난다"고 말했다.[147][15] 이러한 종류의 이중성은 "중첩"이라고 불린다.

3. 과학적 증거 탐색

1990년대에 다중 우주론을 다룬 소설 작품들이 인기를 얻으면서, 이 개념에 대한 과학적 논의와 관련 학술지 기사들이 주목받기 시작했다.[16][148] 이후 다중 우주 가설을 뒷받침할 증거를 찾기 위한 여러 시도가 이루어졌으나, 아직 명확한 증거는 발견되지 않았다.

초기에는 윌킨슨 마이크로파 비등방성 탐색기(WMAP) 데이터를 분석하여 다른 우주와의 충돌 증거를 찾으려는 연구가 있었지만,[17][18][19][149][150][151] 이후 더 정밀한 플랑크 위성 데이터를 포함한 분석에서는 통계적으로 유의미한 증거가 발견되지 않았다.[20][21][152][153] 다른 우주가 우리 우주에 미치는 중력적 영향 역시 관측되지 않았다.[22][23][154][155] 또한 우주 마이크로파 배경 관측을 통해 초기 우주에서 다른 우주의 흔적을 찾으려는 연구도 진행되었지만,[24][156] 관측된 신호가 실제 다른 우주의 증거인지에 대해서는 여전히 논쟁 중이다.[25][157]

이처럼 다중 우주론은 아직 직접적인 실험적 증거나 검증 가능성이 부족하다는 비판을 받는다. 많은 다중 우주 이론들이 서로 다른 시공간에 존재하는 우주들을 가정하기 때문에, 원리적으로 다른 우주를 관측하는 것이 불가능할 수 있다는 근본적인 문제가 있다. 현대 과학은 가설 연역법에 기반하여 관측되지 않은 실재를 가정할 수 있지만, 이는 관측 가능한 결과를 설명하거나 예측하는 데 기여해야 한다.[125] 현재로서는 다중 우주론이 이러한 과학적 검증의 기준을 완전히 충족시키는지에 대해 여러 의견이 존재한다.

3. 1. 우주 배경 복사 관측

1990년대에 다중 우주론을 다룬 소설 작품들이 인기를 얻으면서, 이 개념에 대한 과학적 논의와 관련 학술지 기사들이 주목받기 시작했다.[16]

2010년경, 스티븐 M. 피니Stephen M. Feeney와 같은 과학자들은 윌킨슨 마이크로파 비등방성 탐사선(WMAP) 데이터를 분석하여, 우리 우주가 과거에 다른 (평행) 우주와 충돌했다는 증거를 발견했다고 주장했다.[17][18][19] 그러나 WMAP 데이터와 WMAP보다 3배 높은 해상도를 가진 플랑크 위성의 데이터를 더욱 면밀히 분석한 결과, 이러한 거품 우주 충돌에 대한 통계적으로 유의미한 증거는 발견되지 않았다.[20][21] 또한, 다른 우주가 우리 우주에 미치는 중력적 영향에 대한 증거도 확인되지 않았다.[22][23]

2015년, 천체물리학자 랑가-람 차리Ranga-Ram Chary 박사는 빅뱅 직후 초기 우주로 거슬러 올라가 대체 또는 평행 우주의 증거일 수 있는 현상을 발견했다고 발표했지만, 이는 여전히 물리학자들 사이에서 논쟁의 대상이다.[24] 차리 박사는 우주 마이크로파 배경(CMB)의 스펙트럼을 분석하던 중, 초기 우주에 존재했을 것으로 추정되는 양성자와 전자의 수를 기준으로 예상했던 것보다 4,500배 더 밝은 신호를 발견했다. 이 신호는 우주가 식으면서 원자가 형성되던 재결합 시대에 방출된 빛으로 추정되며, 그 밝기는 우리 우주보다 바리온(물질 입자) 대 광자의 비율이 약 65배 더 큰 우주와 더 잘 들어맞는다고 설명되었다. 이는 평행 우주가 우리 우주로 일부 물질 입자를 유입시켰을 가능성을 시사한다. 만약 재결합 과정에서 추가적인 양성자와 전자가 유입되었다면, 더 많은 원자가 형성되고 그 과정에서 더 많은 광자가 방출되어 특정 파장의 빛(방출선)이 강하게 나타났을 수 있다는 것이다.

그러나 차리 박사 자신은 "우리 관측 가능한 우주 너머의 많은 다른 영역이 존재하며, 각 영역은 우리 우주에 대해 측정된 것과는 다른 일련의 물리적 매개변수에 의해 지배될 것"이라고 언급하며 이 발견에 대해 신중한 입장을 보였다.[24] 그는 또한 "대체 우주의 증거와 같은 특이한 주장은 매우 높은 수준의 증거를 요구한다"고 강조했다.[25] 실제로 이 신호가 통계적 노이즈일 가능성은 30% 정도로 추정되며, 멀리 떨어진 은하에서 오는 빛이나 우리 은하 주변의 먼지 구름에 의해 발생했을 가능성도 제기되었다.[25] 따라서 이 관측 결과가 다중 우주의 존재를 입증하는 결정적인 증거로 받아들여지기에는 아직 더 많은 연구와 검증이 필요하다.

3. 2. 기타 관측

1990년대에 다중 우주론을 다룬 소설들이 인기를 얻으면서, 이 개념에 대한 과학적 논의와 관련 학술지 기사들이 주목받기 시작했다.[16][148]

2010년경, 스티븐 M. 피니(Stephen M. Feeney)를 비롯한 일부 과학자들은 윌킨슨 마이크로파 비등방성 탐색기(WMAP) 데이터를 분석한 결과를 토대로, 우리 우주가 과거에 다른 평행 우주와 충돌했을 수 있다는 증거를 찾았다고 주장했다.[17][18][19][149][150][151] 그러나 이후 WMAP 데이터와 그보다 해상도가 3배 높은 플랑크 위성의 데이터를 더 면밀히 분석한 결과, 이러한 거품 우주 충돌에 대한 통계적으로 유의미한 증거는 발견되지 않았다.[20][21][152][153] 또한, 다른 우주가 우리 우주에 미치는 중력적 영향에 대한 증거도 확인되지 않았다.[22][23][154][155]

2015년에는 한 천체물리학자가 빅뱅 직후 시점의 우주 마이크로파 배경 스펙트럼을 분석하여 대체 우주나 평행 우주의 증거일 수 있는 신호를 발견했다고 발표했지만, 이는 여전히 물리학자들 사이에서 논쟁의 대상이다.[24][156] 랑가-람 차리(Ranga-Ram Chary) 박사는 초기 우주에 존재했을 것으로 추정되는 양성자와 전자의 수를 바탕으로 예상되는 것보다 4,500배 더 밝은 신호를 발견했다. 이 신호는 우주 재결합 시기에 원자가 형성되면서 방출된 빛으로 해석될 수 있는데, 관측된 신호의 강도는 우리 우주보다 물질 입자 대 광자 비율이 약 65배 더 큰 우주와 더 잘 들어맞는다고 설명했다.[157] 이는 평행 우주가 우리 우주로 일부 물질 입자를 유입시킨 결과일 가능성이 제기되었다. 만약 재결합 과정에서 추가적인 양성자와 전자가 유입되었다면, 더 많은 원자가 형성되고 그 과정에서 더 많은 광자가 방출되어 해당 파장의 신호가 강해질 수 있기 때문이다.

그러나 차리 박사 자신도 이 발견에 대해 신중한 입장을 보이며, 우리 우주 너머에 다른 물리 법칙을 따르는 영역이 존재할 가능성을 언급하면서도,[24] "대체 우주의 증거와 같은 이례적인 주장에는 매우 높은 수준의 증명이 필요하다"고 강조했다.[25] 실제로 차리 박사가 발견한 신호는 실제 신호가 아닌 노이즈일 가능성이 30%이며,[24] 멀리 떨어진 은하에서 오는 빛이나 우리 은하 주변의 먼지 구름에 의해 발생했을 가능성도 제기되고 있다.[25]

4. 지지자와 회의론자

다중 우주 가설은 현대 물리학과 우주론에서 중요한 논쟁거리 중 하나로, 많은 저명한 과학자들이 이를 지지하고 연구를 진행하고 있다. 그러나 동시에 실험적 검증의 어려움 등을 이유로 다중 우주 가설에 대해 회의적인 입장을 보이는 과학자들도 상당수 존재한다. 지지자와 회의론자의 구체적인 명단은 아래 하위 섹션에서 확인할 수 있다.

4. 1. 지지자

다중 우주 가설 중 하나 이상을 지지하는 현대 과학자들로는 리 스몰린,[158][26] 돈 페이지,[159][27] 브라이언 그린,[160][161][28][29] 맥스 테그마크,[162][70] 앨런 구스,[163][30] 안드레이 린데,[164][31] 미치오 카쿠,[165][32] 데이비드 도이치,[166][33] 레너드 서스킨드,[167][34] 알렉산더 빌렌킨,[168][35] 노무라 야스노리,[169][36] 라지 파트리아,[170][37] 로라 머시니-호턴,[171][38] 닐 디그래스 타이슨,[172][39] 숀 M. 캐럴[173][40] 그리고 스티븐 호킹 등이 있다.[174][41]

4. 2. 회의론자

사빈 호센펠더[42], 데이비드 그로스[175][43], 폴 스타인하르트[176][177][44][45], 안나 이야스[177][45], 아브라함 롭[177][45], 데이비드 스펄겔[178][46], 닐 투록[179][47], 비아체슬라프 무카노프[180][48], 마이클 S. 터너[181][49], 로저 펜로즈[182][50], 조지 엘리스[183][184][51][52], 조 실크[185][53], 카를로 로벨리[186][54], 아담 프랭크[187][55], 마르셀로 글레이저[187][1], 짐 배고트[188][56], 폴 데이비스[189][57] 등이 다중 우주 가설에 대해 회의적인 입장을 보이는 과학자들이다.

5. 다중 우주 가설에 대한 논쟁

다중 우주 가설은 과학계와 철학계 양쪽에서 활발한 논쟁의 대상이 되고 있다. 주요 쟁점은 다른 우주의 존재를 경험적으로 검증하거나 반증할 수 있는지, 그리고 오컴의 면도날과 같은 과학 철학적 원리를 어떻게 적용해야 하는지 등이다.[190][191]

비판론자들은 다중 우주 가설이 과학적 방법론의 핵심인 검증 가능성을 결여하고 있다고 지적한다. 작가이자 우주론 학자인 폴 데이비스는 관측 불가능한 무수한 우주를 가정하는 것이 신학적 논의와 유사하며 과학적 증명의 범위를 벗어난다고 비판했다.[190][58] 조지 엘리스 역시 다중 우주가 우주론적 지평선 너머에 존재하여 증거를 찾기 어렵다는 점을 강조하며, 경험적 검증과 반증 가능성이 부족한 이론은 전통적인 과학으로 보기 어렵다고 주장했다.[191][59] 그는 다중 우주 논의가 존재의 본질에 대한 형이상학적 질문과 맞닿아 있음을 지적하며, 과학적 확실성보다는 철학적 추측의 영역에 가깝다고 보았다.[191][59] 철학자 필립 고프는 우주의 미세 조정을 설명하기 위해 다중 우주를 가정하는 것이 역 도박사의 오류라고 비판했으며,[192][60] 스토거, 엘리스, 커처 등은 우주 간의 인과적 연결 부재로 인해 과학적 검증이 원천적으로 불가능하다고 주장했다.[193][61] 에단 시겔이나 존 호건과 같은 비판론자들도 증거 부족을 이유로 다중 우주론에 회의적인 입장을 나타냈다.[194][62][63] 현대 과학의 기초인 가설 연역법은 관측 가능한 결과를 설명하거나 예측하기 위해 미관측된 실재를 가정하는 것을 허용하지만,[125] 다중 우주의 경우 이러한 검증 과정 자체가 어렵다는 것이 비판의 핵심이다.

한편, 오컴의 면도날 적용에 대해서도 의견이 갈린다. 비판론자들은 불필요하게 많은 우주를 가정하는 것이 원칙에 어긋난다고 주장하는 반면,[221] 맥스 테그마크와 같은 지지자들은 다중 우주 전체가 단일 우주보다 오히려 더 단순하고 설명력이 높을 수 있다고 반박하며,[197][66] 기본적인 물리 법칙이 자연스럽게 다중 우주를 예측한다고 주장한다.[197][222]

이처럼 다중 우주 가설은 과학적 검증의 한계와 철학적 해석을 둘러싸고 다양한 관점들이 충돌하며 논쟁이 계속되고 있다.

5. 1. 과학적 논쟁

작가이자 우주론 학자인 폴 데이비스는 2003년 뉴욕 타임스 기고문 "다중 우주의 간략한 역사"에서 다중 우주 가설이 비과학적이라고 주장했다.[190] 그는 다른 우주의 존재를 검증할 방법이 없으며, 관측 불가능한 무수한 우주를 가정하는 것은 과학적 검증의 범위를 벗어나 신뢰성을 잃게 만든다고 비판했다. 데이비스는 이러한 설명은 신학적 논의와 유사하며, 보이지 않는 우주들의 무한을 가정하는 것은 보이지 않는 창조주를 가정하는 것만큼이나 임시방편적이라고 지적했다. 그는 다중 우주 이론이 과학적 언어로 포장될 수 있지만 본질적으로는 믿음의 도약을 요구한다고 주장했다.

조지 엘리스 역시 2011년 사이언티픽 아메리칸 기고문에서 다중 우주론을 비판하며 전통적인 과학 이론이 아니라고 지적했다.[191] 그는 다중 우주가 우주론적 지평선 너머에 존재한다고 가정되어 관측적 증거를 찾기 어렵다는 점을 강조했다. 엘리스는 일부 이론가들이 경험적 검증 가능성 및 반증 가능성의 부재를 중요하게 생각하지 않는 경향에 반대하며, 관측적 테스트가 과학의 핵심이며 포기해서는 안 된다고 주장했다. 그는 다중 우주론이 존재의 본질을 설명하려는 시도이지만, 이는 경험 과학으로 해결할 수 없는 형이상학적인 문제라고 보았다. 엘리스는 다중 우주에 대한 논의가 과학의 본질과 존재에 대해 성찰할 기회를 제공하지만, 증명되지 않은 불확실성을 인정하고 과학적 근거를 갖춘 철학적 추측으로 다루어야 한다고 결론지었다.

철학자 필립 고프는 우주의 명백한 미세 조정을 설명하기 위해 다중 우주를 추론하는 것이 역 도박사의 오류에 해당한다고 주장했다.[192] 스토거, 엘리스, 커처는 진정한 다중 우주 이론에서는 각 우주가 완전히 분리되어 인과적으로 연결되지 않으므로, 과학적 검증이 불가능하다고 지적했다.[193]

천체 물리학자 에단 시겔은 2020년 포브스 블로그 게시물에서 현재 과학적 증거로는 평행 우주가 과학 소설의 영역에 머물러야 한다고 비판했다.[194] 사이언티픽 아메리칸의 기고가 존 호건 역시 다중 우주론이 "과학에 좋지 않다"고 주장하며 반대 입장을 표명했다.[63]

다중 우주론에 대한 비판 중 하나는 많은 이론이 실험을 통한 검증 가능성이 부족하다는 점이다. 이는 다른 우주들이 서로 다른 시공간에 존재한다고 가정하여 원리적으로 관측이 불가능하기 때문이다.

한편, 오컴의 면도날 적용에 대해서는 지지자와 비판가 사이에 의견이 갈린다. 비판가들은 우리 우주 하나를 설명하기 위해 관측 불가능한 무수한 우주를 가정하는 것이 오컴의 면도날 원칙에 어긋난다고 주장한다.[221] 그러나 지지자들은 콜모고로프 복잡도 관점에서 볼 때, 다중 우주 전체가 단일한 특정 우주보다 더 단순할 수 있다고 반박한다.[197]

다중 우주론 지지자인 맥스 테그마크는 이러한 관점을 다음과 같이 설명한다:

> 한 전체 앙상블은 종종 그 구성원 중 하나보다 훨씬 단순하다. [...] 예를 들어, 모든 정수들의 집합을 생각해 보라. 전체 집합과 하나의 숫자 중 어느 것이 더 간단할까? [...] 전체 집합은 아주 자명한 컴퓨터 프로그램으로 생성할 수 있는 반면, 단일 숫자는 매우 길 수 있다. 그러므로, 전체 집합이 실제로는 더 단순하다. [...] (마찬가지로) 상위 레벨의 다중우주가 더 단순하다. 우리 우주에서 레벨 I 다중우주로의 이동은 초기 조건들을 지정할 필요성을 없애고, 레벨 II로 업그레이드는 물리 상수들을 지정할 필요성을 없으며, 또한 레벨 IV 다중우주는 아무것도 지정할 필요성이 없다. [...] 네 가지 다중 우주 레벨들의 공통적인 특징은 가장 단순하고 가장 우아한 이론은 기본적으로 평행 우주를 포함한다는 것이다. 그러한 우주들의 존재를 부정하려면, 유한 공간, 파동 함수 붕괴 및 존재론적 비대칭성 등 실험적으로 뒷받침되지 않는 과정과 임시방편 가정들을 추가함으로써 그 이론을 복잡하게 만들어야 한다. 우리의 판단은 따라서 많은 세계들 및 많은 단어들 등 더 낭비적이고 우아하지 않다고 생각하는 것으로 내려 온다.




> -- 맥스 테그마크[197][222]

5. 2. 오컴의 면도날 논쟁

다중 우주론 지지자들과 비판론자들은 오컴의 면도날을 어떻게 적용할 것인지에 대해 의견이 갈린다.

비판론자들은 우리 우주 하나를 설명하기 위해 관측이 불가능한 거의 무한한 수의 다른 우주들을 가정하는 것은 오컴의 면도날 원칙에 어긋난다고 지적한다.[221][91][126][127] 작가이자 우주론자인 폴 데이비스는 이러한 접근이 마치 보이지 않는 창조주를 가정하는 것과 같이 임시방편적이며, 과학적 검증이 어렵다는 점에서 신학적 논의와 유사하다고 비판했다.[190][58] 조지 엘리스 역시 다중 우주가 우주론적 지평선 너머에 있어 경험적으로 검증하거나 반증하기 어렵다는 점을 들어, 이를 전통적인 과학 이론으로 보기 어렵다고 주장했다.[191][59] 철학자 필립 고프는 우주의 미세 조정을 설명하기 위해 다중 우주를 가정하는 것이 역 도박사의 오류에 해당한다고 비판했다.[192][60] 스토거(Stoeger), 엘리스, 커처(Kircher) 등은 다중 우주 이론에서 각 우주는 인과적으로 완전히 분리되어 있어 과학적 검증이 불가능하다고 언급했다.[193][61] 천체 물리학자 에단 시겔(Ethan Siegel)이나 존 호건 같은 이들도 검증 가능한 증거 부족을 이유로 다중 우주론에 회의적인 입장을 보였다.[194][62][63]

반면, 지지자들은 콜모고로프 복잡성의 관점에서 볼 때, 다중 우주 가설이 오히려 단 하나의 특별한 우주를 가정하는 것보다 더 단순하고 설명력이 높다고 반박한다.[197][66] 대표적인 지지자인 맥스 테그마크는 다음과 같은 논리를 편다.[197][222][66][92][110][128]

  • 앙상블의 단순성: 전체 앙상블(집합)은 개별 구성 요소보다 더 단순할 수 있다. 예를 들어, 모든 정수의 집합은 특정 하나의 긴 정수보다 간단한 알고리즘(규칙)으로 기술될 수 있다. 마찬가지로, 가능한 모든 우주를 포함하는 다중 우주 전체가 특정 초기 조건과 물리 상수를 가진 우리 우주 하나만을 설명하는 것보다 더 단순할 수 있다는 것이다.
  • 이론의 우아함: 다중 우주 모델은 레벨이 높아질수록 특정 초기 조건이나 물리 상수를 가정할 필요성이 줄어든다. 가장 단순하고 우아한 물리 이론들은 자연스럽게 평행 우주의 존재를 포함하는 경향이 있다.
  • 반대 가설의 복잡성: 오히려 다중 우주의 존재를 부정하기 위해서는 유한 공간, 파동 함수 붕괴, 존재론적 비대칭성 등 실험적으로 뒷받침되지 않는 추가적인 가정들을 도입해야 하며, 이는 이론을 더 복잡하게 만든다.


결국 테그마크는 '많은 세계(다중 우주)'를 가정하는 것과, 단일 우주를 설명하기 위해 '많은 단어(복잡한 추가 가정)'를 사용하는 것 중 어느 쪽이 더 낭비적이고 덜 우아한지에 대한 판단의 문제라고 본다. 그는 우리가 우주의 기묘함에 익숙해지면서 다중 우주론을 받아들이게 될 수도 있다고 덧붙인다.

6. 유형들

다중 우주의 구조, 그 안에 포함된 각 우주의 성질, 그리고 이들 우주 간의 관계는 어떤 다중 우주 가설을 따르느냐에 따라 달라진다. 우주가 하나 이상 존재한다고 생각하는 이유 역시 가설마다 다양하다. 다중 우주 가설은 우주론, 물리학, 천문학뿐만 아니라 종교, 철학, 초개인 심리학 및 픽션, 특히 SF와 판타지 장르에서도 활발하게 논의되어 왔다.

이러한 맥락에서 평행 우주는 '''대체 우주'''[100], '''양자 우주'''[101], '''상호 침투 차원'''[102], '''병행 차원'''[103], '''병행 세계'''[104], '''대체 현실'''[105], '''대체 시계열'''[106] 등 다양한 이름으로 불리기도 한다.

물리학자 맥스 테그마크와 브라이언 그린은 이론적으로 가능한 다중 우주의 유형들을 체계적으로 분류하는 틀을 제시했으며, 이들의 분류는 다중 우주론 연구에 중요한 기준으로 활용되고 있다.

6. 1. 맥스 테그마크의 네 가지 레벨

맥스 테그마크는 관측 가능한 우주를 넘어선 다양한 다중 우주의 가능성을 체계적으로 분류하는 틀을 제시했다.[195][196][64][65] 이 분류 체계는 총 네 가지 레벨로 구성되며, 각 레벨은 이전 레벨의 개념을 포함하면서 더 넓은 범위의 우주 가능성을 포괄하도록 설계되었다. 즉, 레벨 I부터 레벨 IV로 갈수록 더 근본적인 차이를 보이는 우주들을 다룬다. 이 분류는 다양한 다중 우주 이론들을 이해하고 비교하는 데 유용한 틀을 제공한다.

6. 1. 1. 레벨 I: 우리 우주의 확장

맥스 테그마크는 관측 가능한 우주를 넘어선 우주에 대한 분류 체계를 제시했으며, 레벨 I은 그 첫 번째 단계에 해당한다.[195][196] 이 분류 체계는 우주 급팽창 이론, 특히 영원한 급팽창이나 혼돈 급팽창 이론과 같은 이론들의 예측에 기반한다.

이 이론들에 따르면, 우리 우주는 무한히 넓은 공간을 가지며, 이러한 무한한 우주는 에르고딕하다고 가정된다. 무한한 공간 속에는 허블 부피라고 불리는, 우리가 관측할 수 있는 우주와 비슷한 크기의 영역이 무한히 많이 존재하게 된다.

레벨 I 다중 우주의 각 허블 부피들은 모두 동일한 물리 법칙과 물리 상수를 따른다. 하지만 물질의 분포와 같은 구체적인 구성은 대부분 우리의 허블 부피와 다르다. 그럼에도 불구하고, 무한히 많은 허블 부피가 존재하기 때문에, 우주의 지평선 너머 어딘가에는 우리와 매우 비슷하거나 심지어 완전히 동일한 구성을 가진 허블 부피도 존재할 수 있다. 테그마크는 우리와 동일한 구성을 가진 허블 부피가 우리로부터 약 1010115 미터 떨어져 있을 것으로 추정했다.[162][70][110][111]

이러한 아이디어는 우리의 허블 부피가 우주 전체에서 특별하거나 유일한 영역이 아니라고 가정하는 우주론 원리와도 일맥상통한다.[197][66] 즉, 레벨 I의 평행 우주들은 동일한 빅뱅에서 탄생했지만 서로 너무 멀리 떨어져 있어 물리적으로 상호작용하거나 관측할 수 없는, 우리 우주의 연장선상에 있는 영역들이라고 할 수 있다.

6. 1. 2. 레벨 II: 물리 상수가 다른 우주

우주론자 맥스 테그마크는 우리가 알고 있는 관측 가능한 우주를 넘어선 우주들을 분류하는 체계를 제시했다. 그의 분류에서 레벨 II는 물리 상수가 다른 우주들을 다룬다.[195][196]

우주 급팽창 이론의 한 종류인 영원한 급팽창 이론 (또는 카오스적 인플레이션 이론)에 따르면, 우주 전체는 영원히 팽창을 계속하지만, 공간의 특정 영역들은 팽창을 멈추고 마치 부푸는 빵 속의 기포처럼 각각 독립적인 '거품'을 형성한다.[198][67] 이 거품들이 각각의 우주가 된다.

거품 우주(Bubble universe theory). 각 원반은 하나의 거품 우주를 나타낸다. 우주 1부터 우주 6까지는 서로 다른 물리 상수를 가진 별개의 거품 우주이며, 우리 우주도 이 중 하나일 수 있다.


이 이론의 핵심은 각각의 거품 우주가 형성될 때 서로 다른 방식으로 자발적 대칭 깨짐을 겪을 수 있다는 점이다. 이 과정의 차이로 인해 각 거품 우주는 서로 다른 물리 상수나 기본 입자의 종류 등 고유한 물리적 속성을 가지게 된다.[197][66][110] 즉, 레벨 II 다중 우주에서는 우리 우주와는 근본적으로 다른 물리 법칙이 적용되는 우주들이 존재할 수 있다. 안드레이 린데 등은 이러한 거품 우주의 수가 101010000000 개에 달할 수 있다고 추정하기도 했다.[112]

왜 우리 우주의 물리 상수가 특정한 값을 가지는지에 대한 한 가지 설명은 인간 원리를 통해 제시된다. 즉, 가능한 모든 물리 상수를 가진 수많은 우주(거품들)가 실제로 존재하며, 우리는 생명이 탄생하고 지적 존재로 진화할 수 있는 조건을 갖춘 우주에서 우연히 살고 있을 뿐이라는 것이다. 다른 물리 상수를 가진 우주에서는 생명체가 존재할 수 없었을 것이기 때문이다.

레벨 II 다중 우주 개념은 존 아치볼드 휠러의 진동 우주 이론이나 리 스몰린의 우주적 자연 선택(Fecund universes) 이론과 같은 다른 우주론 모델들도 포함할 수 있다.

6. 1. 3. 레벨 III: 양자역학의 다세계 해석

휴 에버렛 3세의 다세계 해석(MWI)은 여러 주류 양자역학의 해석 중 하나이다.[113] 간단히 말해, 양자역학의 한 측면은 특정 관측 결과를 절대적으로 예측할 수 없다는 점이다. 대신, 각각 다른 확률을 가진 일련의 가능한 관측 결과가 존재한다. MWI에 따르면, 이러한 가능한 관측 결과 각각은 보편적 파동 함수 내에서 서로 다른 "세계" 또는 우주에 해당하며, 이 해석의 지지자 중 일부 또는 다수는 이러한 우주가 우리의 우주만큼이나 실재한다고 주장한다.[113] 예를 들어, 여섯 면체 주사위를 던져 그 결과가 관측 가능한 양자역학적 상태에 해당한다고 가정하면, 주사위가 멈출 수 있는 여섯 가지 모든 방법은 여섯 개의 서로 다른 우주에 해당할 수 있다. 슈뢰딩거의 고양이 사고 실험의 경우, 두 가지 결과(고양이가 살아있는 상태와 죽은 상태) 모두 적어도 하나의 '세계'에서 '실제'가 된다. MWI에서는 단일 우주 파동 함수만이 존재하지만, 다세계로 분열된 이후에는 일반적으로 상호 작용할 수 없다.[113]

슈뢰딩거의 고양이. 양자역학적 두 상태의 중첩을 통해 우주의 분기가 발생하는 다세계 해석을 설명하는 데 자주 사용된다.


맥스 테그마크는 레벨 III 다중 우주가 레벨 I 또는 레벨 II 다중 우주보다 허블 부피 내에 더 많은 가능성을 포함하지 않는다고 주장한다. 사실상, 동일한 물리 상수를 가진 레벨 III 다중 우주에서 "분할"에 의해 생성된 모든 다른 "세계들"은 레벨 I 다중 우주의 일부 허블 부피 내에서 발견될 수 있다. 테그마크는 "레벨 I과 레벨 III의 유일한 차이점은 당신의 도플갱어가 어디에 거주하느냐이다. 레벨 I에서 그들은 기존의 3차원 공간 다른 곳에 산다. 레벨 III에서는 그들은 무한 차원 힐베르트 공간의 다른 양자 분기에 산다"라고 설명한다.[197] 마찬가지로, 물리 상수가 다른 모든 레벨 II 거품 우주들은, 실제로는, 레벨 III 다중 우주에서 자발적 대칭 깨짐의 순간에 "분할들"에 의해 생성된 "세계들"로 볼 수 있다.[197][110]

노무라 야스노리,[169][36] 라파엘 부소, 그리고 레너드 서스킨드[167][34]에 따르면, 이는 (영원히) 급팽창하는 다중 우주에 나타나는 전역적 시공간은 중복된 개념이기 때문이다. 이는 레벨 I, II 및 III의 다중 우주들이 실제로는 같은 것이라는 사실을 의미하며, 이 가설은 "다중 우주 = 양자 다세계"로 언급된다.[114] 노무라 야스노리에 따르면, 이 양자 다중 우주들은 정적이며, 시간은 단순한 착각이다.[199][68]

다세계 아이디어와 관련된 다른 해석으로는 리처드 파인만의 다중 역사 해석과 H. 디터 제의 다정신 해석이 있다.

6. 1. 4. 레벨 IV: 궁극의 앙상블

맥스 테그마크가 제안한 다중 우주 분류의 마지막 단계는 레벨 IV, 즉 궁극의 앙상블(Ultimate Ensemble)이다.[200][69] 이는 수학적 우주 가설(Mathematical Universe Hypothesis, MUH)이라고도 불린다.[200]

이 가설에 따르면, 서로 다른 수학적 구조로 기술될 수 있는 모든 우주는 단순히 이론적인 가능성을 넘어 실제로 존재하며, 모두 동등하게 실재한다.[200][69] 이는 우리 우주와 다른 물리 법칙을 가진 우주까지 포함하는 개념이다.

테그마크는 다음과 같이 설명한다:

: 순수수학은 매우 일반적이어서, (모호한 인간 용어와는 무관하게) 순전히 형식적인 용어로 정의할 수 있는 만물의 이론(TOE)도 또한 하나의 수학적 구조이다. 예를 들어, 실체들의 다른 유형들의 한 집합(단어로 표시된, 말하자면)과 그들 사이의 관계들(추가 단어로 표시된)를 포함하는 한 TOE는 수학자들이 한 집합론적 모형이라고 부르는 것에 지나지 않으며, 또한 일반적으로 그것이 한 모형인 한 형식 체계를 발견할 수 있다.[162][70]

이를 바탕으로 테그마크는 상상할 수 있는 모든 평행 우주 이론이 레벨 IV의 틀 안에서 설명될 수 있다고 본다. 또한 레벨 IV는 이전 단계의 모든 다중 우주(레벨 I, II, III)를 포함하는 가장 상위의 개념이므로, 다중 우주 계층 구조는 여기서 끝나며 레벨 V와 같은 더 상위 단계는 존재할 수 없다고 주장한다.[162][70][116]

그러나 위르겐 슈미트후버Jürgen Schmidhuber는 이러한 주장에 대해 비판적인 시각을 제시한다. 그는 '수학적 구조의 집합'이라는 개념 자체가 잘 정의되지 않았다고 지적하며, 구성주의 수학, 즉 컴퓨터 프로그램으로 기술될 수 있는 우주 표현만을 인정해야 한다고 주장한다.[201][202][203][71][72][73][117][118][119] 슈미트후버는 유한한 시간 안에 결과값이 수렴하지만, 그 수렴 시간 자체는 정지 문제의 결정 불가능성 때문에 예측할 수 없는, 정지하지 않는 프로그램으로 설명되는 우주 표현까지 명시적으로 포함한다.[201][202][203][71][72][73][117][118][119] 그는 또한 빠르게 계산 가능한 우주들로 구성된 더 제한적인 앙상블에 대해서도 명시적으로 논의한다.[204][74][120]

6. 2. 브라이언 그린의 9가지 유형

미국의 이론물리학자이자 끈 이론가인 브라이언 그린은 다음과 같은 9가지 유형의 다중 우주론에 대해 논했다.[75]

; 퀼트형

: 퀼트형 다중 우주는 무한대의 우주에서만 작동한다. 무한한 공간에서는 가능한 모든 사건이 무한 번 발생한다. 그러나 빛의 속도는 우리가 이러한 다른 동일한 영역을 인식하는 것을 방해한다.

; 인플레이션형

: 영원한 인플레이션 다중 우주는 인플레이션 장이 붕괴되어 새로운 우주를 형성하는 다양한 주머니로 구성된다.

벌크 내 여러 브레인 우주를 보여주는 애니메이션


; 브레인형

: 브레인 우주론 버전은 우리 전체 우주가 더 높은 차원 또는 "벌크"에 떠 있는 막 (브레인) 위에 존재한다고 가정한다. 이 벌크에는 자체 우주가 있는 다른 막이 있다. 이 우주들은 서로 상호 작용할 수 있으며, 충돌할 때 발생하는 폭력과 에너지는 빅뱅을 일으키기에 충분하다. 브레인은 벌크 내에서 서로 가깝게 떠 다니거나 이동하며, 중력 또는 우리가 이해하지 못하는 다른 힘에 의해 몇 조 년마다 서로 충돌한다. 이러한 반복적인 접촉은 다중 또는 "순환" 빅뱅을 일으킨다. 이 특정 가설은 추가 공간 차원이 필요하므로 끈 이론의 범주에 속한다.

순환 우주의 코스모스 애니메이션


; 순환형

: 순환 모형 다중 우주는 빅뱅을 일으키는 여러 개의 브레인을 가지고 있다. 우주는 다시 충돌할 때까지 시간을 거쳐 튕겨져 나가고, 이전 내용을 파괴하고 새롭게 생성한다.

; 랜드스케이프형

: 끈 이론 랜드스케이프 다중 우주는 끈 이론의 칼라비-야우 다양체 공간에 의존한다. 양자 요동은 모양을 더 낮은 에너지 수준으로 떨어뜨려 주변 공간과 다른 법칙의 집합을 가진 주머니를 만든다.

; 양자형

: 다세계 해석 다중 우주는 양자 역학의 다세계 해석의 실제 세계 변형에서와 같이 사건에 분기가 발생할 때 새로운 우주를 생성한다.

; 홀로그래피형

: 홀로그래피 원리 다중 우주는 공간의 표면적이 해당 영역의 부피 내용을 인코딩할 수 있다는 이론에서 파생된다.

; 시뮬레이션형

: 시뮬레이션 현실 다중 우주는 전체 우주를 시뮬레이션하는 복잡한 컴퓨터 시스템에 존재한다. 천문학자 아비 로브가 가능성으로 제시한 관련 가설은 우주가 만물의 이론을 가진 첨단 기술 문명의 연구실에서 생성될 수 있다는 것이다.[76] 다른 관련 가설에는 단지 속의 뇌[77]와 같은 시나리오가 포함되는데, 여기서 인식된 우주는 리소스가 적은 방식으로 시뮬레이션되거나 가상/시뮬레이션된 거주 종에 의해 직접 인식되지 않는다.

; 궁극형

: 수학적 우주 가설 다중 우주는 다른 물리 법칙에 따라 모든 수학적으로 가능한 우주를 포함한다.

6. 3. 기타 유형

중앙에 (시간의) 시작이 있는 한 쌍둥이 우주 개념


중입자 비대칭 문제, 즉 우주 초기에 반물질보다 물질이 더 많았던 이유를 설명하기 위해 거울 반우주 개념을 도입한 두 가지 관련된 우주 모형이 제안되었다.[78][79][80] 이러한 모형 중 하나인 쌍둥이 우주 모형은 두 세계 간의 상호작용을 통해 허블 상수(H0) 불일치 문제를 설명할 수 있다고 본다. 이 모형에서 "거울 세계"는 현재 알려진 모든 기본 입자들의 복사본을 포함할 것으로 가정한다.[81][82] 또 다른 이중 세계 우주론은 우주 상수(Λ) 문제를 해결할 가능성을 제시한다. 이 문제는 암흑 에너지와 밀접하게 연관되어 있는데, 각각 큰 우주 상수 값을 가진 두 개의 상호작용하는 세계가 결과적으로 작은 공유 우주 상수 효과(Λ)를 만들어낼 수 있다는 것이다.[83][84][85]
순환 우주론에서는 우주가 빅뱅과 빅 크런치(또는 빅 바운스) 과정을 포함하는, 경우에 따라 무한히 반복되는 자립적인 순환을 거친다고 설명한다. 이 순환 우주론에서는 각각의 우주가 동시에 존재하는 것이 아니라 순차적으로 형성되며, 우주마다 핵심적인 자연 법칙이나 구성 요소들이 다를 수 있다.

끈 이론과 이를 확장한 M이론 내에서도 다른 종류의 다중 우주가 제안되었다.[121] 이 이론들은 10차원(끈 이론) 또는 11차원(M이론)의 시공간을 가정한다. 이 이론들에서는 우리 우주와 다른 우주들이 고차원 공간에 존재하는 막(브레인), 특히 D-막의 형태이거나, 이러한 브레인들의 충돌로 생성될 수 있다고 설명한다.[122][123] 브레인 우주론에서는 브레인 간의 충돌이 대폭발(빅뱅)을 일으킬 수 있다고 설명하기도 한다. 각 우주에 있는 물질과 에너지는 기본적으로 해당 우주의 브레인 안에 갇혀 있지만, 중력과 같은 특정 힘을 통해 다른 브레인 우주와 상호작용할 가능성도 제기된다.[124]
블랙홀 우주론은 우리 관측 가능한 우주 자체가 하나의 거대한 블랙홀 내부에 존재하며, 이 블랙홀 역시 더 큰 상위 우주의 일부일 수 있다는 가설이다.[219] 이 모형에서는 블랙홀의 특이점이 새로운 우주가 탄생하는 통로 역할을 할 수 있다고 본다.[107] 빅뱅은 블랙홀 중심에서 극도로 압축된 물질이 블랙홀의 회전 등의 요인으로 인해 폭발적으로 팽창한 결과일 수 있다고 본다. 이 관점에서 블랙홀의 사건의 지평선은 우리 우주와 바깥의 상위 우주를 분리하는 경계 역할을 하며, 물질이나 정보가 이 경계를 넘어 상위 우주로 빠져나갈 수 없다고 설명한다. 이 이론은 시공간의 반대편에 존재하는 화이트홀 개념과 연결되기도 한다.

7. 인류 원리

다른 우주들의 개념은 우리 자신의 우주가 우리가 경험하는 의식적인 삶을 위해 어떻게 미세 조정된 것처럼 보이는지 설명하기 위해 제안되었다.

만약 각기 다른 물리 법칙이나 기본 물리 상수를 가진 우주가 아주 많이 (아마도 무한히) 존재한다면, 이들 중 일부는 (극소수일지라도) 물질, 천문학적 구조, 원소 다양성, 항성, 그리고 행성들이 발달하고, 생명체가 출현하여 진화할 수 있을 만큼 충분히 오래 존재하기에 적합한 법칙과 기본 변수들의 조합을 가질 것이다.

이때 약한 인류 원리를 적용하면, 우리(의식을 가진 존재)는 선택 편향 때문에 우연히 생명의 존재를 허용하도록 미세하게 조정된 소수의 우주들 중 하나에 존재하게 된다고 결론 내릴 수 있다. 따라서 특정 우주가 생명에 필요한 조건(우리가 생명을 이해하는 방식에 따라)을 갖출 확률이 극히 낮더라도, 우리 존재를 가능하게 한 우주의 조건들을 설명하기 위해 지적 설계와 같은 개념을 필요로 하지 않는다.

이러한 추론 방식과 유사한 초기 형태는 1844년 아르투어 쇼펜하우어의 저서 Von der Nichtigkeit und dem Leiden des Lebens|삶의 무의미함과 삶의 고통de에서도 찾아볼 수 있다. 쇼펜하우어는 우리 세계가 가능한 모든 세계 중에서 최악의 세계여야 한다고 주장했는데, 만약 어떤 면에서든 이보다 더 나빴다면 아예 존재할 수 없었을 것이기 때문이라는 논리였다.[220][90]

8. 결론

허구실재론에서는 창작물이 존재한다는 것은 창작상의 캐릭터도 마찬가지로 존재한다고 생각한다. 여기서는 철학적인 논의는 제쳐두고, 사람들, 월요일, 수, 행성이 존재하는 것과 같은 의미로, 창작상의 실재가 존재한다.[132][133]

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