우주 이야기 668 - 빅뱅 없이는 우주도 없다?

(Credit: J.-L. Lehners (Max Planck Institute for Gravitational Physics))

현재의 표준 우주 모델은 우주가 밀도가 무한대의 하나의 점에서 생겼다는 빅뱅 이론에 기초를 두고 있습니다. 하지만 일부 과학자들은 여전히 대안적인 이론에 대해서도 검토를 하고 있습니다. 여러 가설을 비교하는 것 자체가 학문의 발전을 가져올 뿐 아니라 새로운 가설을 주도적인 이론으로 만들 수 있기 때문입니다.

1980년대 우주론을 연구하는 과학자들은 새로운 대안적 가설들을 내놓았습니다. 제임스 하틀과 스티븐 호킹이 내놓은 무경계가설(no-boundary proposal)이나 알렉산더 빌렌킨이 내놓은 터널링 가설 (tunnelling proposal) 등이 그것입니다. 이 경우 우주가 초기에 작기는 하지만 한 점일 필요는 없는 상태에서 시작할 수 있습니다. 우주는 양자 터널링 효과로부터 무에서 창조됩니다.

이 이론은 전통적인 빅뱅이론이 가진 문제점 - 밀도가 무한대인 초기 상태를 현재의 물리 이론으로 알기 어렵다는 것 - 을 피해갈 순 있지만, 우주의 진화에 대해서 설명하기 어렵다는 단점이 있습니다. 최근 알버트 아인슈타인 연구소 (Albert Einstein Institute/AEI)의 장-룩 레너스(Jean-Luc Lehners)가 이끄는 연구팀은 양자 터널링 효과를 이용한 모델의 문제점을 연구했습니다.

연구팀에 의하면 이런 대안적인 가설로 생성된 우주는 머지 않아 다시 붕괴되며 지금처럼 큰 우주로 팽창하기 어렵다고 합니다. 왼쪽 그림에 보이는 평탄한 우주는 지금처럼 커질 수 없다는 이야기입니다. 연구팀은 빅뱅의 대안적 이론들이 실제로는 대안이 되기 어렵다는 결론을 내렸습니다.

다만 이 연구는 결론을 내주기 보다는 과학자들 사이에서 논쟁이 치열하다는 것을 보여주는 사례입니다. 이 연구가 전통적인 빅뱅 모델의 문제점을 해결해주는 것은 아니며 아직 우주의 기원을 둘러싼 논쟁은 끝나지 않았습니다. 이 문제에 대해서는 앞으로도 논쟁이 계속될 것이지만, 사실 이 과정에서 우주의 기원에 대한 이해가 깊어질 것으로 기대합니다.

참고

Job Feldbrugge et al. Lorentzian quantum cosmology, Physical Review D (2017). DOI: 10.1103/PhysRevD.95.103508

https://phys.org/news/2017-06-universe-big.html#jCp

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