우주공간에서 전기적 자기적 신호는 지구에서와 별반차이가 없나요 ?

Q) 우주공간에서 전기적 자기적 신호는 지구에서와 별반차이가 없나요 ?

 

A) 질문에 대한 결론은 차이가 있다는 것입니다.

 

아직은, 관측되는 우주의 다양한 현상들을 현재까지 연구된 물리법칙으로 전부 설명할 수 없는 것이 현실입니다.

 

따라서 M이론과 같은 다양한 연구가 진행되고 있는 것입니다.

M이론에 따르면 우리 우주와는 다른 물리 법칙의 지배를 받는 우주가 있을 수 있음을 암시합니다.

 

다음의 자료를 참고하시면 도움되실 것 같습니다.

 

우리가 살고 있는 우주에는 4가지의 기본적인 힘이 있습니다. 중력, 전자기력, 강한 상호 작용(양성자나 중성자를 핵 속에 묶어 두는 힘), 약한 상호 작용(핵이 붕괴할 때 생기는 힘)이 그것입니다.

M이론은 이들 기본 힘을 통일하여 만물을 기술할 수 있으리라 생각되는 ‘만물의 이론’의 후보 중 하나입니다. 여기서 M은 Mother나 Mystery, 또는 Membrane의 첫글자를 딴 것이라 합니다.

본래 물리학자들이 4차원의 시공간(3차원의 공간과 1차원의 시간)이 4가지의 기본 힘을 통일시켜 우리 우주를 설명하기에는 너무나 좁은 공간임을 느낀 데서부터 초끈 이론(소립자를 끈의 진동으로 설명)이나 초공간(4차원 이상의 공간) 등의 연구를 수행하였습니다. 

 

그런 가운데 초끈 이론(10차원에서 정의되는 이론, 자세한 것은 이번호 78페이지 참조)으로도 설명할 수 없는 부분들을 해명하기 위해 양자 이론과 아인슈타인의 상대성 이론을 기반으로 하여 1차원을 더 늘려 만든 것이 M이론입니다.

M이론은 10차원의 공간과 1차원의 시간으로 이루어진 11차원의 세계에서 정의됩니다. 

그 외의 차원수 조합으로는 이론에 수학적 모순이 생긴다고 합니다. 

 

그리고 우주를 다양한 크기와 형태의 거품(양자역학적 확률 요동에 의한 결과)으로 볼 뿐 아니라, 우리 우주도 11차원의 초공간 속에 떠다니는 4차원의 거품 중 하나의 표면(막)에 있는 것이라 합니다. 나머지 7차원의 세계 속에 다양한 거품(다세계 우주)들이 떠다닌다는 것입니다.

각 거품(우주)은 무(완전한 비어 있는 것이 아님)에서의 양자 요동으로 형성되는데, 거품을 이루는 물질(입자 등)은 브레인(일종의 막을 뜻하며 막이라는 의미의 멤브레인에서 유래)이라는 것에 의해 지배된다고 합니다. 그 브레인은 화학 법칙을 제공해 주는 아원자(양성자나 중성자) 입자 차원의 것에서부터 11차원의 초공간에 떠다니는 4차원의 세계인 우리 우주에까지 그 크기도 아주 다양하다고 합니다. 입자는 제로 브레인, 끈은 1브레인, 막은 2브레인, 우주는 3브레인이라 합니다.   

M이론은 이들 브레인 사이의 관계를 통해 중력이 지배하는 거대한 우주에서부터 양자 역학이 지배하는 아원자 입자의 세계까지 통일할 가능성이 있다는 것입니다. 

 

‘만물의 이론’이란 말은 여기서 비롯된 것입니다. 

예를 들면 블랙 홀의 해를 별 진화의 최후 단계로서가 아니라 아원자 입자들로 환원하여 구할 수 있다고 합니다. 따라서 거시 규모의 블랙 홀과 소립자의 세계를 이어 줄 수 있습니다. 

 

또한 암흑물질을 이루는 입자나 포티노(초대칭성 이론에서 광자와 짝을 이루는 안정된 초대칭성 입자)도 끈의 진동으로 설명할 수 있다고 합니다. 

그 M이론에 따르면, 시간과 공간은 오늘날 우주의 태초로 알려진 빅뱅 이전에도 있었다고 합니다. 빅 뱅이라는 것도 실은 거품과 거품의 충돌의 한 예일 뿐이라고 합니다. 

 

즉 거품과 거품이 충돌하여 거품에 있는 물질을 지배하는 막과 끈도 충돌하고, 새로운 막과 끈이 생성됨으로써 거품 속의 초공간에서 빅 뱅이 일어나 비로소 새 거품(우주)이 생성된다는 것입니다. 

 

이 거품에 적용되는 물리 법칙도 물론 이전의 것과는 다릅니다. 

이는 우리 우주와는 다른 물리 법칙의 지배를 받는 우주가 있을 수 있음을 암시합니다.

그리고 우리 우주가 빅 뱅 이후 팽창하고 있는 것에 대해서도 암흑 에너지로 인하여 막이 가속 팽창함에 따라 그 막면에 있는 우리 우주도 팽창하는 것이라 합니다. 하지만 M이론으로써 빅 뱅의 해와 우주 팽창의 원동력이 되고 있는 암흑 에너지의 양을 어떻게 구하는지에 대해서는 현재로서는 아직 모른다고 합니다.

한편 다세계 우주를 상정해 온 M이론은 양자 평행 우주(양자역학적 확률로 존재할 수도 있는 우주)에 대한 이해의 폭도 넓힐 수 있다고 합니다.

평행 우주는 그 종류가 매우 많다고 하는데, 양자 평행 우주는 그중 하나에 불과하다고 합니다. 이 우주는 양자역학적 차이를 제외하면, 4차원 시공간의 우리 우주와 유사한 점이 많으리라 생각되고 있습니다. 하지만 그 평행 우주가 5차원 이상의 초공간에 놓여 있는 것이라면 우리 우주와는 완전히 다른 세계일 가능성이 있다고 합니다. 

그 세계의 물리 현상이 우리 우주에서 일어나는 물리 현상과 다를 것으로 보기 때문입니다. 예컨대 우리 우주에서는 안정한 원자는 초공간 속의 평행 우주에서는 불안정할 것이라는 것입니다.

끝으로 시간 여행에 대해서는 M이론은 이 이론의 기반이 된 일반 상대성 이론과 마찬가지로 웜 홀의 가능성과 그 웜 홀을 통해 시간 여행이 가능하리라는 이론적 예상도 해줄 수 있습니다. 

웜 홀을 이용한 시간 여행을 다룬 이론도 나와 있습니다. 

하지만 이것은 어디까지나 극히 좁은 영역에서 시간을 되돌릴 수 있을 가능성이라는 것이지, 우주 전체의 시간을 되돌리는 일은 불가능하다고 합니다. 

 

설사 좁은 영역에서 과거로의 시간 여행이 가능할지라도 플랑크 에너지(1개의 광자가 1개의 블랙 홀로 되는 데 필요한 에너지)만큼의 막대한 에너지가 필요하기 때문에 현실적으로 불가능하다고 합니다.

이러한 M이론도 아직은 미완성의 단계에 있습니다. 이 이론이 법칙이 되려면 앞으로 더 많은 발전이 있어야 하고 실험적 검증도 거쳐야만 합니다.