무(無)로부터 나온 우주?(1)
이충현역, ACT뉴스 2016년 5월
자신의 창조주를 부인하려는 사람들에게 있어서 우주의 기원을 설명하는 것은 엄청난 도전이다: 어떻게 우주가 무로부터 나올 수 있었는가? 그 도전이 너무나도 거대하기 때문에 어떤 사람들은 우주가 시작을 가지고 있지 않으며 무한히 존재해 왔다고 주장했다. 그러나 대부분의 무신론자들이 빅뱅 모델을 받아들였기 때문에, 그들은 우리의 우주가 실제로 시작점을 가지고 있다고 하는 전제를 받아들인 것이다. 따라서, 그들은 그 시작에 대하여 설명할 필요가 있다.
이론 물리학자인 로렌스 크라우스는 최근의 책에서 물리학 법칙들이 우주를 무로부터 만들었을 수 있다는 주장을 폈다. 다른 물리학자들도 이와 비슷한 주장을 한다.
그들은 “가상입자”의 창조와 소멸이라는 잘 알려진 현상에 호소한다. 진공상태로부터 아원자적 입자가 자발적으로 잠시 나타나는 현상을 양자요동(quantum fluctuation)이라고 부른다. 이러한 아원자적 입자들은 매우 단시간동안 나타났다 사라지기 때문에 직접 관찰될 수 없다. 그러나, 이러한 가상입자들의 영향은 감지될 수 있다; 예를 들면 그것들은 “램 이동(Lamb shift)”라고 불리는 수소 원자의 스펙트럼의 매우 미세한 작용을 일어나게 한다. 짧은 수명을 갖는 이 가상 입자들은 하이젠베르크의 불확실성의 원리(Heisenberg Uncertainty Principle)에 의해 지배를 받는데, 짧은 수명의 입자는 잘 정의된 에너지를 가질 수
없다고 기술된다.
그 불확정성의 원리는 양자요동이 지속될 수 있는 시간의 한계를 정한다. 요동의 에너지가 크면 클수록, 그것이 지속될 수 있는 시간은 더 짧다. 이것이 가상입자가 왜 매우 짧은 시간 간격으로 나타났다 사라지는지에 대한 이유이다.
크라우스와 다른 진화론적 물리학자들은 우주 그 자체가 이러한 양자요동의 결과라고 주장한다. 그러나, 불확정성의 원리는 이러한 주장에 명백한 어려움을 제공한다. 우리는 직관적으로 우주 전체의 에너지가 엄청나다는 것을 기대할 수 있다. 따라서 누군가 양자요동을 통해 우주가 태어나게 되었다고 주장할지라도, 우주의 에너지 총량은 너무나도 크기 때문에 그에 상응하는 존재 가능 시간은 거의 없고, 새로 태어난 우주는 즉각 소멸될 것이다. 따라서 어떻게 우리의 엄청난 우주가 그러한 양자요동으로부터 생겼는지를 설명하는 것은 힘든 일이다.
그러나, 진화론적 물리학자들은 만약 우주의 에너지 총량이 정확하게 제로라면, 우주는 불확정성의 원리에 위배되지 않고 영속될 수 있다고 주장한다. 이것은 지혜로운 주장처럼 보인다. 이러한 “새로운 무신론자들”이 하나님을 떠나 우주의 존재를 정말로 설명할 수 있는 설득력 있는 방법을 찾았을까?
그렇지 않다. 그 주장은 전적으로 우주의 총 에너지가 정확히 제로라고 하는 주장에 달려 있고, 이 주장은 정확하게 빅뱅에 대한 가정에 근거한다. 스티븐 호킹은 다음과 같이 기록한다:
“팽창에 관한 생각은 또한 우주에 왜 그토록 많은 물질이 존재하는지를 설명할수 있다… 그 대답은, 양자 역학에서, 분자들은 물질로부터 물질과 반물질의 짝으로 창조될 수 있다고 하는 것이다. 그러나 그것은 그 에너지가 어디에서 왔는지에 대한 질문을 야기한다. 그 대답은 우주의 총 에너지가 정확하게 제로라고 하는 것이다.”
호킹의 태평스러운 주장에도 불구하고, 그 어떤 인간도 전체 우주의 정확한 에너지량을 알 수 없다. 우주의 총 에너지량이 정확하게 제로라고 하는 주장을 확인하기 위해서, 우리는 우주의 모든 에너지에 관하여 설명할 수 있어야 하고, 그것들을 더하고, 그 합이 정말로 정확히 제로인지를 확인해야만 한다. 호킹의 지성과 학력에도 불구하고, 그가 전지전능한 것은 아니다.
따라서 우주의 에너지가 제로라고 하는 주장은 직접적인 측정이 아닌, 빅뱅 모델이라는 여과장치를 통한 자료의 해석에 근거한다. 위의 인용글에서 알 수 있듯, 그 주장은, 우주가 빅뱅 직후 짧은 기간의 가속된 팽창을 거쳤다고 하는, 팽창이론으로부터 나온다. 그러나 “가속 팽창”은 수없이 많은 치명적인 문제점을 가진 최초의 빅뱅 모델을 구해내기 위하여 즉석으로 첨가된 생각이다. 호킹과 크라우스 그리고 다른 진화론자들이 제로 에너지 우주에 관한 주장을 펴는 이유는, 그것이 팽창이론으로부터 기대할 수 있는 결론이기 때문이다. 그러나, 빅뱅과 팽창이론에 대해 선험적 헌신을 갖고 있지 않은 사람들에게, 우주의 에너지 총량이 정확히 제로라고 하는 것은 명백하지 않다. 사실, 그 가능성은 매우 낮다.
더욱이, 가상입자들이 진공상태에서 순간적으로 나타날 때, 그것들은 이미 존재하고 있는 공간에서 나타난다. 공간 그 자체가 우리 우주의 일부이기 때문에, 우주가 자발적으로 만들어지기 위해서는 공간 그 자체가 이미 태어났어야 한다.
크라우스는 최근 그의 책에서, 이 중요한 문제를 아주 조금 다루었다. 그 책의 대부분은 빅뱅이론에 대한 변호와, 입증되지 않은 이야기들, 그리고 창조론자들에 대한 비판으로 이루어져 있다. 그 책의 마지막에 가서야 그는 실제로 이 중요한 주제(어떻게 공간 자체가 무로부터 창조될 수 있었는지에 대한)에 관하여 심각하게 이야기하지만, 200 페이지가 넘는 그 책의 매우 적은 지면만을 할애한다. 그는 양자중력(양자역학과 일반상대성 이론을 합병하는 이론)이 공간 자신이 스스로를 낳게 할 수 있다고 주장한다. 이 주장에 관한 하나의 명백한 문제점은 양자중력에 관한 실행가능한 단 하나의 이론도 아직 존재하지 않는다고 하는 점이다.(다음 호에 이어집니다.)
Jake Hebert (Ph.D. in Physics) / 번역 : 이충현
출처 : Hebert, J. 2012. A Universe from Nothing? Acts & Facts. 41 (7): 11-13.
