독자 질문: 내가 이해하는 것은 아무 것도 없는 것에서 온다는 것이다. 무언가가 존재하려면 재료나 구성 요소가 있어야 사용할 수 있고, 사용할 수 있으려면 다른 무언가가 있어야 한다.

 

이제 내 질문: 빅뱅을 만든 재료는 어디에서 왔으며 해당 재료를 생성하기 위해 첫 번째 인스턴스에서 무슨 일이 일어났을까?

 

“마지막 별은 서서히 식어 사라질 것이다. 그것이 지나가면 우주는 빛도 생명도 의미도 없이 다시 한 번 공허하게 될 것이다.” 최근 BBC 시리즈 Universe에서 물리학자 Brian Cox는 이렇게 경고했다. 그 마지막 별의 퇴색은 끝없이 길고 어두운 시대의 시작일 뿐이다. 모든 물질은 결국 무시무시한 블랙홀에 의해 소모될 것이며, 차례로 증발하여 가장 희미한 빛으로 변할 것이다. 그 희미한 빛이 너무 퍼져 상호 작용할 수 없을 때까지 공간은 바깥쪽으로 확장된다. 활동이 중단된다.

 

아니면 그럴까? 이상하게도 일부 우주론자들은 우리의 먼 미래에 있는 것과 같은 차갑고 텅 빈 우주가 우리 자신의 빅뱅의 근원일 수 있다고 믿는다.

 

첫 번째 문제

 

그러나 그것에 도달하기 전에 "물질"(물리적 물질)이 처음 어떻게 생겨났는지 살펴보겠다. 원자나 분자로 이루어진 안정한 물질의 기원을 설명하고자 한다면, 빅뱅 당시에도 물론 그 이후 수십만 년 동안 그런 것은 없었다. 사실 우리는 복잡한 물질이 안정될 수 있을 만큼 조건이 냉각되면 더 단순한 입자에서 최초의 원자가 어떻게 형성되었는지, 그리고 이 원자가 나중에 어떻게 별 내부의 더 무거운 원소로 융합되었는지에 대해 꽤 자세하게 이해하고 있다. 그러나 그 이해는 무언가가 무에서 비롯되었는지에 대한 질문을 다루지 않는다.

 

그럼 좀 더 뒤로 생각해보자. 모든 종류의 최초의 장수명 물질 입자는 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자였다. 이것들은 빅뱅 이후 1000분의 1초쯤에 존재하게 되었다. 그 이전에는 그 단어의 친숙한 의미의 자료가 실제로 없었다. 그러나 물리학을 통해 우리는 타임라인을 거꾸로 추적하여 안정적인 물질보다 앞선 물리적 과정으로 계속 추적할 수 있다.

 

이것은 우리를 소위 "대통합 시대"로 이끈다. 지금쯤이면 우리는 실험에서 당시 진행 중이던 종류의 과정을 조사할 만큼 충분한 에너지를 생산할 수 없기 때문에 추측 물리학의 영역에 들어왔다. 그러나 그럴듯한 가설은 물리적 세계가 양성자와 중성자의 구성 요소인 쿼크를 포함하여 수명이 짧은 기본 입자의 수프로 구성되었다는 것이다. 물질과 "반물질"은 거의 같은 양으로 존재했다. 쿼크와 같은 각 유형의 물질 입자에는 반물질 "거울 이미지" 동반자가 있는데, 이는 그 자체와 거의 동일하고 한 측면만 다르다. 그러나 물질과 반물질은 만나면 폭발적인 에너지로 소멸한다. 즉, 이러한 입자는 끊임없이 생성되고 파괴된다.

 

그러나 이러한 입자는 처음에 어떻게 존재하게 되었을까? 양자장 이론은 공허한 시공간에 해당하는 것으로 여겨지는 진공도 에너지 변동의 형태로 신체 활동으로 가득 차 있다고 알려준다. 이러한 변동으로 인해 입자가 튀어나오다가 곧 사라질 수 있다. 이것은 실제 물리학이라기 보다는 수학적 기이함처럼 들릴 수 있지만, 그러한 입자는 수많은 실험에서 발견되었다.

 

시공간의 진공 상태는 “무에서”처럼 끊임없이 생성되고 파괴되는 입자로 부글부글 끓고 있다. 그러나 아마도 이 모든 것이 실제로 우리에게 말해주는 것은 양자 진공이 (그 이름에도 불구하고) 무라기보다는 무언가라는 것이다. 철학자 데이비드 앨버트(David Albert)는 이런 식으로 무에서 무언가를 얻을 것이라고 약속하는 빅뱅에 대한 설명을 기억에 남도록 비판했다.

 

시공간 자체가 어디에서 발생했는지 묻는다고 가정해 보겠다. 그런 다음 시계를 훨씬 더 뒤로 돌려서 진정한 고대 "플랑크 시대"로 진행할 수 있다. 즉, 우주 역사의 가장 초기에 있어 최고의 물리학 이론이 무너지는 시기이다. 이 시대는 빅뱅 이후 1000만분의 1조분의 1조분의 1초에 불과했다. 이 시점에서 공간과 시간 자체가 양자 변동의 대상이 되었다. 물리학자들은 일반적으로 입자의 미시 세계를 지배하는 양자 역학과 우주 규모에 적용되는 일반 상대성 이론과 별도로 작업한다. 그러나 플랑크 시대를 진정으로 이해하려면 양자 중력에 대한 완전한 이론이 필요하며 둘을 병합해야 한다.

 

아직 완전한 양자 중력 이론은 없지만 끈 이론이나 루프 양자 중력과 같은 시도가 있다. 이러한 시도에서 일상적인 공간과 시간은 일반적으로 깊은 바다 표면의 파도처럼 창발적인 것으로 간주된다. 우리가 공간과 시간으로 경험하는 것은 더 깊고 미시적인 수준에서 작동하는 양자 프로세스의 산물이다.

 

플랑크 시대에는 시간과 공간에 대한 일반적인 이해가 무너져 더 이상 인과 관계에 대한 일반적인 이해에 의존할 수 없다. 그럼에도 불구하고, 양자 중력의 모든 후보 이론은 플랑크 시대에 일어나고 있던 물리적인 어떤 것, 즉 일반적인 공간과 시간의 일부 양자 선구자를 설명한다. 그러나 그것은 어디에서 왔을까?

 

인과 관계가 더 이상 일반적인 방식으로 적용되지 않더라도 플랑크 시대 우주의 한 구성 요소를 다른 구성 요소로 설명하는 것은 여전히가능할 수 있다. 불행히도 지금까지는 최고의 물리학조차도 답을 완전히 제공하지 못한다. 우리가 "만물의 이론"을 향해 더 나아가기 전까지는 어떤 확실한 대답도 할 수 없을 것이다. 이 단계에서 우리가 자신 있게 말할 수 있는 것은 물리학이 지금까지 무에서 발생하는 어떤 확인된 사례를 찾지 못했다는 것이다.

 

거의 없음에서 순환

 

어떻게 무에서 무언가가 발생할 수 있는지에 대한 질문에 진정으로 답하려면 플랑크 시대가 시작될 때 전체 우주의 양자 상태를 설명해야 한다. 이를 수행하려는 모든 시도는 여전히 추측에 가깝다. 그들 중 일부는 디자이너처럼 초자연적인 힘에 호소한다. 그러나 무한한 수의 평행 우주를 포함하는 다중 우주 또는 우주의 순환 모델이 탄생하고 다시 태어나는 것과 같은 다른 후보 설명은 물리학 영역 내에 남아 있다.

 

2020년 노벨상을 수상한 물리학자 로저 펜로즈(Roger Penrose)는 "등각 순환 우주론(conformal cyclic cosmology)"이라는 순환 우주에 대한 흥미롭지만 논란의 여지가 있는 모델을 제안했다. Penrose는 우주의 매우 뜨겁고 조밀하며 작은 상태(빅뱅 당시의 상태)와 극도로 차갑고 공허한 팽창한 우주 상태(먼 미래에 있을 것처럼) 사이의 흥미로운 수학적 연결에서 영감을 받았다. 이 대응을 설명하기 위한 그의 급진적 이론은 그러한 상태가 한계에 도달했을 때 수학적으로 동일해진다는 것이다. 역설적으로 보일 수 있지만, 물질의 완전한 부재는 우리가 우주에서 우리 주변에서 볼 수 있는 모든 물질을 발생시킬 수 있었다.

독자 질문: 내가 이해하는 것은 아무 것도 없는 것에서 온다는 것이다. 무언가가 존재하려면 재료나 구성 요소가 있어야 사용할 수 있고, 사용할 수 있으려면 다른 무언가가 있어야 한다.

 

이제 내 질문: 빅뱅을 만든 재료는 어디에서 왔으며 해당 재료를 생성하기 위해 첫 번째 인스턴스에서 무슨 일이 일어났을까?

 

“마지막 별은 서서히 식어 사라질 것이다. 그것이 지나가면 우주는 빛도 생명도 의미도 없이 다시 한 번 공허하게 될 것이다.” 최근 BBC 시리즈 Universe에서 물리학자 Brian Cox는 이렇게 경고했다. 그 마지막 별의 퇴색은 끝없이 길고 어두운 시대의 시작일 뿐이다. 모든 물질은 결국 무시무시한 블랙홀에 의해 소모될 것이며, 차례로 증발하여 가장 희미한 빛으로 변할 것이다. 그 희미한 빛이 너무 퍼져 상호 작용할 수 없을 때까지 공간은 바깥쪽으로 확장된다. 활동이 중단된다.

 

아니면 그럴까? 이상하게도 일부 우주론자들은 우리의 먼 미래에 있는 것과 같은 차갑고 텅 빈 우주가 우리 자신의 빅뱅의 근원일 수 있다고 믿는다.

 

첫 번째 문제

 

그러나 그것에 도달하기 전에 "물질"(물리적 물질)이 처음 어떻게 생겨났는지 살펴보겠다. 원자나 분자로 이루어진 안정한 물질의 기원을 설명하고자 한다면, 빅뱅 당시에도 물론 그 이후 수십만 년 동안 그런 것은 없었다. 사실 우리는 복잡한 물질이 안정될 수 있을 만큼 조건이 냉각되면 더 단순한 입자에서 최초의 원자가 어떻게 형성되었는지, 그리고 이 원자가 나중에 어떻게 별 내부의 더 무거운 원소로 융합되었는지에 대해 꽤 자세하게 이해하고 있다. 그러나 그 이해는 무언가가 무에서 비롯되었는지에 대한 질문을 다루지 않는다.

 

그럼 좀 더 뒤로 생각해보자. 모든 종류의 최초의 장수명 물질 입자는 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자였다. 이것들은 빅뱅 이후 1000분의 1초쯤에 존재하게 되었다. 그 이전에는 그 단어의 친숙한 의미의 자료가 실제로 없었다. 그러나 물리학을 통해 우리는 타임라인을 거꾸로 추적하여 안정적인 물질보다 앞선 물리적 과정으로 계속 추적할 수 있다.

 

이것은 우리를 소위 "대통합 시대"로 이끈다. 지금쯤이면 우리는 실험에서 당시 진행 중이던 종류의 과정을 조사할 만큼 충분한 에너지를 생산할 수 없기 때문에 추측 물리학의 영역에 들어왔다. 그러나 그럴듯한 가설은 물리적 세계가 양성자와 중성자의 구성 요소인 쿼크를 포함하여 수명이 짧은 기본 입자의 수프로 구성되었다는 것이다. 물질과 "반물질"은 거의 같은 양으로 존재했다. 쿼크와 같은 각 유형의 물질 입자에는 반물질 "거울 이미지" 동반자가 있는데, 이는 그 자체와 거의 동일하고 한 측면만 다르다. 그러나 물질과 반물질은 만나면 폭발적인 에너지로 소멸한다. 즉, 이러한 입자는 끊임없이 생성되고 파괴된다.

 

그러나 이러한 입자는 처음에 어떻게 존재하게 되었을까? 양자장 이론은 공허한 시공간에 해당하는 것으로 여겨지는 진공도 에너지 변동의 형태로 신체 활동으로 가득 차 있다고 알려준다. 이러한 변동으로 인해 입자가 튀어나오다가 곧 사라질 수 있다. 이것은 실제 물리학이라기 보다는 수학적 기이함처럼 들릴 수 있지만, 그러한 입자는 수많은 실험에서 발견되었다.

 

시공간의 진공 상태는 “무에서”처럼 끊임없이 생성되고 파괴되는 입자로 부글부글 끓고 있다. 그러나 아마도 이 모든 것이 실제로 우리에게 말해주는 것은 양자 진공이 (그 이름에도 불구하고) 무라기보다는 무언가라는 것이다. 철학자 데이비드 앨버트(David Albert)는 이런 식으로 무에서 무언가를 얻을 것이라고 약속하는 빅뱅에 대한 설명을 기억에 남도록 비판했다.

 

시공간 자체가 어디에서 발생했는지 묻는다고 가정해 보겠다. 그런 다음 시계를 훨씬 더 뒤로 돌려서 진정한 고대 "플랑크 시대"로 진행할 수 있다. 즉, 우주 역사의 가장 초기에 있어 최고의 물리학 이론이 무너지는 시기이다. 이 시대는 빅뱅 이후 1000만분의 1조분의 1조분의 1초에 불과했다. 이 시점에서 공간과 시간 자체가 양자 변동의 대상이 되었다. 물리학자들은 일반적으로 입자의 미시 세계를 지배하는 양자 역학과 우주 규모에 적용되는 일반 상대성 이론과 별도로 작업한다. 그러나 플랑크 시대를 진정으로 이해하려면 양자 중력에 대한 완전한 이론이 필요하며 둘을 병합해야 한다.

 

아직 완전한 양자 중력 이론은 없지만 끈 이론이나 루프 양자 중력과 같은 시도가 있다. 이러한 시도에서 일상적인 공간과 시간은 일반적으로 깊은 바다 표면의 파도처럼 창발적인 것으로 간주된다. 우리가 공간과 시간으로 경험하는 것은 더 깊고 미시적인 수준에서 작동하는 양자 프로세스의 산물이다.

 

플랑크 시대에는 시간과 공간에 대한 일반적인 이해가 무너져 더 이상 인과 관계에 대한 일반적인 이해에 의존할 수 없다. 그럼에도 불구하고, 양자 중력의 모든 후보 이론은 플랑크 시대에 일어나고 있던 물리적인 어떤 것, 즉 일반적인 공간과 시간의 일부 양자 선구자를 설명한다. 그러나 그것은 어디에서 왔을까?

 

인과 관계가 더 이상 일반적인 방식으로 적용되지 않더라도 플랑크 시대 우주의 한 구성 요소를 다른 구성 요소로 설명하는 것은 여전히가능할 수 있다. 불행히도 지금까지는 최고의 물리학조차도 답을 완전히 제공하지 못한다. 우리가 "만물의 이론"을 향해 더 나아가기 전까지는 어떤 확실한 대답도 할 수 없을 것이다. 이 단계에서 우리가 자신 있게 말할 수 있는 것은 물리학이 지금까지 무에서 발생하는 어떤 확인된 사례를 찾지 못했다는 것이다.

 

거의 없음에서 순환

 

어떻게 무에서 무언가가 발생할 수 있는지에 대한 질문에 진정으로 답하려면 플랑크 시대가 시작될 때 전체 우주의 양자 상태를 설명해야 한다. 이를 수행하려는 모든 시도는 여전히 추측에 가깝다. 그들 중 일부는 디자이너처럼 초자연적인 힘에 호소한다. 그러나 무한한 수의 평행 우주를 포함하는 다중 우주 또는 우주의 순환 모델이 탄생하고 다시 태어나는 것과 같은 다른 후보 설명은 물리학 영역 내에 남아 있다.

 

2020년 노벨상을 수상한 물리학자 로저 펜로즈(Roger Penrose)는 "등각 순환 우주론(conformal cyclic cosmology)"이라는 순환 우주에 대한 흥미롭지만 논란의 여지가 있는 모델을 제안했다. Penrose는 우주의 매우 뜨겁고 조밀하며 작은 상태(빅뱅 당시의 상태)와 극도로 차갑고 공허한 팽창한 우주 상태(먼 미래에 있을 것처럼) 사이의 흥미로운 수학적 연결에서 영감을 받았다. 이 대응을 설명하기 위한 그의 급진적 이론은 그러한 상태가 한계에 도달했을 때 수학적으로 동일해진다는 것이다. 역설적으로 보일 수 있지만, 물질의 완전한 부재는 우리가 우주에서 우리 주변에서 볼 수 있는 모든 물질을 발생시킬 수 있었다.

이러한 관점에서 빅뱅은 거의 무에서 발생한다. 그것이 우주의 모든 물질이 블랙홀로 소모되어 결국 광자로 증발하여 공허에서 길을 잃으면 남는 것이다. 따라서 전체 우주는 다른 물리적 관점에서 볼 때 아무 것도 얻을 수 없을 만큼 가까운 어떤 것에서 발생한다. 그러나 아무것도 아니라는 것은 여전히일종의 종류이다. 그것은 여전히비어 있지만 물리적 우주이다.

 

어떻게 똑같은 상태가 한 관점에서는 차갑고 텅 빈 우주이고 다른 관점에서는 뜨겁고 조밀한 우주가 있을 수 있을까? 그 답은 "등각 재조정"이라고 하는 복잡한 수학적 절차에 있다. 기하학적 변형은 사실상 물체의 크기를 변경하지만 모양은 변경하지 않는다.

 

Penrose는 크기는 아니지만 시공간의 모양과 관련하여 일치하도록 이러한 재조정을 통해 저온 밀도 상태와 고온 밀도 상태가 어떻게 관련될 수 있는지 보여주었다. 물론 두 물체가 크기가 다를 때 이러한 방식으로 동일할 수 있다는 것을 이해하는 것은 어려운 일이지만 Penrose는 개념으로서의 크기는 그러한 극단적인 물리적 환경에서 더 이상 의미가 없다고 주장한다.

 

등각 순환 우주론에서 설명의 방향은 늙음과 차가움에서 젊음과 뜨거움으로 진행된다. 차갑고 공허한 상태 때문에 뜨겁고 밀도가 높은 상태가 존재한다. 그러나 이 "때문에"는 친숙한 것이 아니다. 원인 뒤에는 결과가 따라온다. 이러한 극단적인 상태에서 더 이상 관련이 없는 것은 크기뿐만 아니라 시간도 마찬가지이다. 콜드 덴스 상태와 핫 덴스 상태는 사실상 서로 다른 타임라인에 위치한다. 차갑고 공허한 상태는 관찰자의 관점에서 자체 시간 기하학에서 영원히 계속될 것이지만, 그것이 발생시키는 뜨겁고 조밀한 상태는 효과적으로 새로운 타임라인에 서식한다.

 

비인과적인 방식으로 차가운 비어 있는 상태에서 생성되는 뜨거운 조밀한 상태를 이해하는 데 도움이 될 수 있다. 아마도 우리는 뜨겁고 조밀한 상태가 차갑고 공허한 상태에서 나오거나 그 안에 기초하거나 실현된다고 말해야 할 것이다. 이것들은 특히 일반적인 원인과 결과가 무너지는 것처럼 보이는 양자 중력의 맥락에서 과학 철학자들이 광범위하게 탐구한 독특한 형이상학적 아이디어이다. 우리 지식의 한계에서 물리학과 철학은 분리하기 어려워진다.

 

실험적 증거?

 

등각 순환 우주론은 우리의 빅뱅이 어디에서 왔는지에 대한 질문에 대한 몇 가지 세부적이지만 추측적인 답변을 제공한다. 그러나 Penrose의 비전이 우주론의 미래 발전에 의해 입증된다 하더라도 우리는 여전히 더 깊은 철학적 질문, 즉 물리적 현실 자체가 어디에서 왔는지에 대한 질문에 대답하지 못했을 것이라고 생각할 수 있다. 전체 순환 시스템은 어떻게 생겼을까? 그런 다음 마침내 우리는 형이상학의 가장 큰 질문 중 하나인 아무것도 없는 것이 아니라 무엇인가가 있는 순수한 질문으로 끝난다.

 

그러나 여기에서 우리의 초점은 물리학의 영역에 남아 있는 설명에 있다. 주기가 어떻게 시작되었는지에 대한 더 깊은 질문에 대한 세 가지 광범위한 옵션이 있다. 물리적인 설명이 전혀 없을 수 있다. 또는 끝없이 반복되는 주기가 있을 수 있다. 각 우주는 고유한 권리를 가지고 있으며 각 우주의 초기 양자 상태는 이전에 우주의 어떤 특징으로 설명되었다. 또는 하나의 단일 주기와 하나의 반복되는 우주가 있을 수 있으며, 해당 주기의 시작은 자체 끝의 어떤 특징으로 설명된다. 후자의 두 가지 접근 방식은 원인이 없는 사건의 필요성을 피하고 이것이 그들에게 독특한 매력을 준다. 물리학으로 설명되지 않는 것은 아무것도 없을 것이다.

 

Penrose는 양자 이론에 대한 자신의 선호하는 해석과 부분적으로 연결된 이유로 끝없는 새로운 순환의 연속을 상상한다. 양자 역학에서 물리적 시스템은 동시에 여러 상태가 중첩되어 존재하며 측정할 때 무작위로 "하나를 선택"한다. Penrose의 경우 각 주기에는 다른 방식으로 나타나는 임의의 양자 이벤트가 포함된다. 즉, 각 주기는 전후의 주기와 다르다. 이것은 실제로 실험 물리학자들에게 좋은 소식이다. 플랑크 위성이 본 빅뱅의 남은 복사에서 희미한 흔적이나 이상 현상을 통해 우리를 탄생시킨 오래된 우주를 엿볼 수 있기 때문이다.

 

Penrose와 그의 동료들은 플랑크 데이터의 패턴을 이전 우주의 초대질량 블랙홀의 복사에 기인한 것으로 이러한 흔적을 이미 발견했을 수 있다고 믿는다. 그러나 그들의 주장된 관찰은 다른 물리학자들에 의해 도전을 받았고 배심원단은 남아 있다.

 

끝없는 새로운 주기는 Penrose 자신의 비전의 핵심이다. 그러나 등각 순환 우주론을 다중 주기에서 한 주기 형태로 변환하는 자연스러운 방법이 있다. 그러면 물리적 현실은 빅뱅을 통해 먼 미래에 최대로 비어 있는 상태로 한 번 순환하는 것으로 구성된다.

 

이 후자의 가능성은 다 세계 해석이라고 불리는 양자 역학의 또 다른 해석과 일치한다. 다 세계 해석은 중첩된 시스템을 측정할 때마다 이 측정이 상태를 무작위로 선택하지 않는다는 것을 알려준다. 그 대신, 우리가 보는 측정 결과는 하나의 가능성, 즉 우리 자신의 우주에서 일어나는 가능성일 뿐이다. 다른 측정 결과는 모두 우리 우주와 효과적으로 단절된 다중 우주의 다른 우주에서 재생된다. 따라서 어떤 일이 발생할 가능성이 아무리 작더라도 0이 아닌 기회가 있으면 어떤 양자 평행 세계에서 발생한다. 다른 세계에는 복권에 당첨된 사람, 기이한 태풍에 휩쓸린 사람, 자연적으로 발화한 사람, 세 가지를 동시에 한 사람이 있다.

 

어떤 사람들은 그러한 평행 우주가 우리 우주와 충돌하는 다른 우주로 인한 흔적으로서 우주론적 데이터에서도 관찰될 수 있다고 믿는다.

 

다세계 양자 이론은 등각 순환 우주론에 대한 새로운 비틀기를 제공하지만 Penrose가 동의하는 이론은 아니다. 우리의 빅뱅은 함께 발생하는 무한히 많은 다른 우주를 포함하는 하나의 단일 양자 다중우주의 재탄생일 수 있다. 가능한 모든 일이 발생한다. 그런 다음 반복해서 발생한다.

 

고대 신화

 

과학 철학자에게 Penrose의 비전은 매혹적이다. 그것은 우리의 설명을 일반적인 원인과 결과를 넘어 빅뱅을 설명하는 새로운 가능성을 열어준다. 따라서 물리학이 우리 세계를 설명할 수 있는 다양한 방법을 탐구하기 위한 훌륭한 테스트 사례이다. 철학자들의 더 많은 관심을 받을 가치가 있다.

 

신화를 사랑하는 사람에게 Penrose의 비전은 아름답다. Penrose가 선호하는 멀티 사이클 형태로, 조상의 잿더미에서 탄생한 끝없는 새로운 세계를 약속한다. 한 주기의 형태로, 그것은 우로보로스 또는 세계 뱀에 대한 고대 아이디어를 놀랍도록 현대적으로 재해석한 것이다. 북유럽 신화에서 뱀 요르문간드는 영리한 사기꾼 로키와 거인 앙그르보다 사이에서 태어난 아이이다. Jörmungandr는 자신의 꼬리를 소모하고 생성된 원은 세계의 균형을 유지한다. 그러나 우로보로스 신화는 고대 이집트까지 거슬러 올라가는 것을 포함하여 전 세계에 기록되어 있다.

 

하나의 순환 우주의 우로보로스는 실로 장엄하다. 그것은 그 뱃속에 우리 자신의 우주를 포함할 뿐만 아니라 양자 물리학이 허용하는 이상하고 놀라운 대안 가능한 모든 우주와 머리가 꼬리를 만나는 지점에 포함되어 있다. 그것은 완전히 비어 있지만 또한 섭씨 1억 도의 온도에서 에너지로 순환하고 있다. 변신술사인 로키도 감명을 받았을 것이다.

 

 

 

이미지 출처:  NASA

 

 

이러한 관점에서 빅뱅은 거의 무에서 발생한다. 그것이 우주의 모든 물질이 블랙홀로 소모되어 결국 광자로 증발하여 공허에서 길을 잃으면 남는 것이다. 따라서 전체 우주는 다른 물리적 관점에서 볼 때 아무 것도 얻을 수 없을 만큼 가까운 어떤 것에서 발생한다. 그러나 아무것도 아니라는 것은 여전히일종의 종류이다. 그것은 여전히비어 있지만 물리적 우주이다.

 

어떻게 똑같은 상태가 한 관점에서는 차갑고 텅 빈 우주이고 다른 관점에서는 뜨겁고 조밀한 우주가 있을 수 있을까? 그 답은 "등각 재조정"이라고 하는 복잡한 수학적 절차에 있다. 기하학적 변형은 사실상 물체의 크기를 변경하지만 모양은 변경하지 않는다.

 

Penrose는 크기는 아니지만 시공간의 모양과 관련하여 일치하도록 이러한 재조정을 통해 저온 밀도 상태와 고온 밀도 상태가 어떻게 관련될 수 있는지 보여주었다. 물론 두 물체가 크기가 다를 때 이러한 방식으로 동일할 수 있다는 것을 이해하는 것은 어려운 일이지만 Penrose는 개념으로서의 크기는 그러한 극단적인 물리적 환경에서 더 이상 의미가 없다고 주장한다.

 

등각 순환 우주론에서 설명의 방향은 늙음과 차가움에서 젊음과 뜨거움으로 진행된다. 차갑고 공허한 상태 때문에 뜨겁고 밀도가 높은 상태가 존재한다. 그러나 이 "때문에"는 친숙한 것이 아니다. 원인 뒤에는 결과가 따라온다. 이러한 극단적인 상태에서 더 이상 관련이 없는 것은 크기뿐만 아니라 시간도 마찬가지이다. 콜드 덴스 상태와 핫 덴스 상태는 사실상 서로 다른 타임라인에 위치한다. 차갑고 공허한 상태는 관찰자의 관점에서 자체 시간 기하학에서 영원히 계속될 것이지만, 그것이 발생시키는 뜨겁고 조밀한 상태는 효과적으로 새로운 타임라인에 서식한다.

 

비인과적인 방식으로 차가운 비어 있는 상태에서 생성되는 뜨거운 조밀한 상태를 이해하는 데 도움이 될 수 있다. 아마도 우리는 뜨겁고 조밀한 상태가 차갑고 공허한 상태에서 나오거나 그 안에 기초하거나 실현된다고 말해야 할 것이다. 이것들은 특히 일반적인 원인과 결과가 무너지는 것처럼 보이는 양자 중력의 맥락에서 과학 철학자들이 광범위하게 탐구한 독특한 형이상학적 아이디어이다. 우리 지식의 한계에서 물리학과 철학은 분리하기 어려워진다.

 

실험적 증거?

 

등각 순환 우주론은 우리의 빅뱅이 어디에서 왔는지에 대한 질문에 대한 몇 가지 세부적이지만 추측적인 답변을 제공한다. 그러나 Penrose의 비전이 우주론의 미래 발전에 의해 입증된다 하더라도 우리는 여전히 더 깊은 철학적 질문, 즉 물리적 현실 자체가 어디에서 왔는지에 대한 질문에 대답하지 못했을 것이라고 생각할 수 있다. 전체 순환 시스템은 어떻게 생겼을까? 그런 다음 마침내 우리는 형이상학의 가장 큰 질문 중 하나인 아무것도 없는 것이 아니라 무엇인가가 있는 순수한 질문으로 끝난다.

 

그러나 여기에서 우리의 초점은 물리학의 영역에 남아 있는 설명에 있다. 주기가 어떻게 시작되었는지에 대한 더 깊은 질문에 대한 세 가지 광범위한 옵션이 있다. 물리적인 설명이 전혀 없을 수 있다. 또는 끝없이 반복되는 주기가 있을 수 있다. 각 우주는 고유한 권리를 가지고 있으며 각 우주의 초기 양자 상태는 이전에 우주의 어떤 특징으로 설명되었다. 또는 하나의 단일 주기와 하나의 반복되는 우주가 있을 수 있으며, 해당 주기의 시작은 자체 끝의 어떤 특징으로 설명된다. 후자의 두 가지 접근 방식은 원인이 없는 사건의 필요성을 피하고 이것이 그들에게 독특한 매력을 준다. 물리학으로 설명되지 않는 것은 아무것도 없을 것이다.

 

Penrose는 양자 이론에 대한 자신의 선호하는 해석과 부분적으로 연결된 이유로 끝없는 새로운 순환의 연속을 상상한다. 양자 역학에서 물리적 시스템은 동시에 여러 상태가 중첩되어 존재하며 측정할 때 무작위로 "하나를 선택"한다. Penrose의 경우 각 주기에는 다른 방식으로 나타나는 임의의 양자 이벤트가 포함된다. 즉, 각 주기는 전후의 주기와 다르다. 이것은 실제로 실험 물리학자들에게 좋은 소식이다. 플랑크 위성이 본 빅뱅의 남은 복사에서 희미한 흔적이나 이상 현상을 통해 우리를 탄생시킨 오래된 우주를 엿볼 수 있기 때문이다.

 

Penrose와 그의 동료들은 플랑크 데이터의 패턴을 이전 우주의 초대질량 블랙홀의 복사에 기인한 것으로 이러한 흔적을 이미 발견했을 수 있다고 믿는다. 그러나 그들의 주장된 관찰은 다른 물리학자들에 의해 도전을 받았고 배심원단은 남아 있다.

 

끝없는 새로운 주기는 Penrose 자신의 비전의 핵심이다. 그러나 등각 순환 우주론을 다중 주기에서 한 주기 형태로 변환하는 자연스러운 방법이 있다. 그러면 물리적 현실은 빅뱅을 통해 먼 미래에 최대로 비어 있는 상태로 한 번 순환하는 것으로 구성된다.

 

이 후자의 가능성은 다 세계 해석이라고 불리는 양자 역학의 또 다른 해석과 일치한다. 다 세계 해석은 중첩된 시스템을 측정할 때마다 이 측정이 상태를 무작위로 선택하지 않는다는 것을 알려준다. 그 대신, 우리가 보는 측정 결과는 하나의 가능성, 즉 우리 자신의 우주에서 일어나는 가능성일 뿐이다. 다른 측정 결과는 모두 우리 우주와 효과적으로 단절된 다중 우주의 다른 우주에서 재생된다. 따라서 어떤 일이 발생할 가능성이 아무리 작더라도 0이 아닌 기회가 있으면 어떤 양자 평행 세계에서 발생한다. 다른 세계에는 복권에 당첨된 사람, 기이한 태풍에 휩쓸린 사람, 자연적으로 발화한 사람, 세 가지를 동시에 한 사람이 있다.

 

어떤 사람들은 그러한 평행 우주가 우리 우주와 충돌하는 다른 우주로 인한 흔적으로서 우주론적 데이터에서도 관찰될 수 있다고 믿는다.

 

다세계 양자 이론은 등각 순환 우주론에 대한 새로운 비틀기를 제공하지만 Penrose가 동의하는 이론은 아니다. 우리의 빅뱅은 함께 발생하는 무한히 많은 다른 우주를 포함하는 하나의 단일 양자 다중우주의 재탄생일 수 있다. 가능한 모든 일이 발생한다. 그런 다음 반복해서 발생한다.

 

고대 신화

 

과학 철학자에게 Penrose의 비전은 매혹적이다. 그것은 우리의 설명을 일반적인 원인과 결과를 넘어 빅뱅을 설명하는 새로운 가능성을 열어준다. 따라서 물리학이 우리 세계를 설명할 수 있는 다양한 방법을 탐구하기 위한 훌륭한 테스트 사례이다. 철학자들의 더 많은 관심을 받을 가치가 있다.

 

신화를 사랑하는 사람에게 Penrose의 비전은 아름답다. Penrose가 선호하는 멀티 사이클 형태로, 조상의 잿더미에서 탄생한 끝없는 새로운 세계를 약속한다. 한 주기의 형태로, 그것은 우로보로스 또는 세계 뱀에 대한 고대 아이디어를 놀랍도록 현대적으로 재해석한 것이다. 북유럽 신화에서 뱀 요르문간드는 영리한 사기꾼 로키와 거인 앙그르보다 사이에서 태어난 아이이다. Jörmungandr는 자신의 꼬리를 소모하고 생성된 원은 세계의 균형을 유지한다. 그러나 우로보로스 신화는 고대 이집트까지 거슬러 올라가는 것을 포함하여 전 세계에 기록되어 있다.

 

하나의 순환 우주의 우로보로스는 실로 장엄하다. 그것은 그 뱃속에 우리 자신의 우주를 포함할 뿐만 아니라 양자 물리학이 허용하는 이상하고 놀라운 대안 가능한 모든 우주와 머리가 꼬리를 만나는 지점에 포함되어 있다. 그것은 완전히 비어 있지만 또한 섭씨 1억 도의 온도에서 에너지로 순환하고 있다. 변신술사인 로키도 감명을 받았을 것이다.

 이미지 출처:  NASA