우주는 무수히 작은 "시공의 거품"으로 되어있는지도 모른다

망원경으로 들여다 본 관찰뿐만 아니라, 수학을 사용하여 자연 현상을 설명 할 수 있는 우주도 다양한 것으로 알려져있다. 그러나, 인류는 아직 우주 전체의 약 5% 정도 밖에 설명 할 수없는 것으로 알려져있다. 그런 우주가 "양자 수준의 작은 거품으로 되어있다"라는 설을 기술계 미디어 Motherboard가 설명했다.


1916년에 알버트 아인슈타인이 발표 한 상대성 이론에서는, 우주는 시간과 공간이 밀접하게 관련된 "시공"으로 되어있고, 중력에 의해 왜곡 트램폴린과 같은 것이라고 설명되어있다.



일반 상대성 이론이 발표되었을 당시, 물리학 자들은 "우주의 팽창 여부"로 격렬한 논쟁을 벌이고 있었다. "신이 만든 우주는 불변이다"라고 믿었던 아인슈타인은, 자신의 일반 상대성 이론에 근거하면 우주는 중력에 의해 수축한다고 생각, 그런 중력장 방정식에 "우주 상수"라는 계수를 추가하고, "시공이 척력(반발력)을 가지고있다"라고 추측했다. 후에, 아인슈타인은 우주 상수의 도입을 "생애 최대의 실수"라고 후회하고 자신의 논문에서 지워버렸다.


1929년, 미국의 천문학자 인 에드윈 허블이 은하의 적색 편이를 관측하고, 우주가 팽창하고 있음을 입증. 또한 1998년에 실시 된 초신성의 적색 편이의 관측 결과로부터, 우주의 팽창이 가속화하고있는 것으로 알려졌다.




그때까지는 중력장에서 발생하는 인력에 의해 "우주의 팽창은 감속 할 것"이라고 생각했기 때문에, "어떻게 우주는 가속 팽창하고 있는가?"라는 문제가 물리학의 세계를 뒤흔들었다. 우주를 가속 팽창시키고있는 정체로 가장 유력한 후보가 암흑 에너지라는 가설의 에너지이다.



그러나, 암흑 에너지의 총량의 이론 수치는, 관측으로부터 도출되는 실측값보다 엄청난 차이를 보였다는 것. 즉, 우주 전체를 봤을 때, 암흑 에너지의 거의 모든 것이 인류가 인식 할 수없는 형태로 존재하고 있다는 것이다. 또한, 한때 아인슈타인이 삭제 한 우주 상수는 이 암흑 에너지를 수학적으로 설명 할 수있는 것으로 알려져 재평가되었다.


1955년에 물리학 자 존 휠러는, "시공은 양자 상태로는 안정되지 않고, 끊임없이 변화하는 거품 같은 것이다"라고 주장하고, "시공의 거품"의 개념을 제창했다.


"시공은 거품으로 이루어져있다"라는 표현에 대해, 휠러 자신은 "비행기를 타고 바다 위를 날고있는 모습을 상상해보십시오. 높은 곳을 날 때는 해수면은 매끄럽게 보이지만, 이 비행기가 고도를 낮추면 해수면이 물결 치고 있는 모습이 보입니다. 또한 해수면에 도달하면 거품이 이는것을 확인할 수 있습니다. 시공도 이와같고, 매크로 관점에서 보면 매끄럽게 보이지만, 충분히 작은 스케일에서는 거품입니다"라는 비유로 설명...



2019년 9월, 캘리포니아 대학 데이비스교의  스티븐 칼립 교수는, 시공의 거품과 암흑 에너지가 밀접하게 관련되어 있음을 나타내는 논문을 발표했다. 칼립 교수는, 우주 전체가 팽창하거나 수축하거나하는 작은 우주에 의해 형성된 것으로 해석. 그리고, 시공의 거품의 행동에 의해, 양자 수준에서 추가 한 암흑 에너지와 팽창이 상쇄되어 결과적으로 우주 전체로 봤을 때 관측되는 에너지가 적게된다고 설명하고 있다.




칼립 교수에 따르면, 시공의 거품이 에너지와 팽창을 무시하기 위해서는 "양자 수준에서는, 시간에 본질적인 방향이 존재하지 않는다"라고 가정 할 필요가 있다는 것. 더 이상 시간이 무엇인지조차도 알 수 없게되는 가정이지만, 칼립 교수는 "양자 세계에서는 그다지 드문 이야기가 아닙니다. 대부분의 물리학은 원래 왜 시간에 방향이 정해져 있는지 모른다고 대답 할 것입니다"라고...


또한, 물리학자 인 Jack Ng 씨는, 2019년 9월에 논문을 발표했다. Ng 씨도 또한 시공의 거품 아이디어를 이용하여, 우주 상수를 설명. 또한 Ng 씨는 시공의 거품 아이디어에 열역학의 개념을 결합하여, 에너지를 정보로 인코딩 처리하는 "우주에서 가장 작은 컴퓨터"로 시공의 거품을 해석하는 새로운 아이디어를 내놓았다.



"자연계에 존재하는 전자기력, 강한 힘, 약한 힘, 중력을 통일한다"라는 만물 이론에 도전 한 Ng 씨는, 시공의 거품과 암흑 에너지의 해명뿐만 아니라, 또한 그 앞에있는 양자 역학과 열역학의 통일도 눈여겨 보고있다는...


Ng 씨는 "시공의 거품의 존재는 열역학적 아이디어의 도움을 받은 것으로, 자연계에 존재하는 어떤 힘의 영향도 받지않는다는 "다크 섹터"의 존재를 암시하고있는 것 같습니다. 이 일련의 연구는 물리학의 세계에서는 일반적이지는 않지만, 자신에게 의미가 있는 것"이라고 말하고있다.