우주는 무한한가 유한한가

유한해도 무한해도 불가사의한 우주의 크기 문제
현대 우주론은 우리 우주가 137억 년 전에 ‘빅뱅’을 통해서 생겨났다는 사실을 밝혀냈다. 우주는 지금도 쉬지 않고 계속 팽창 중이다. 우리는 빛으로 도달하는 정보를 통해서만 우주에 관해 알 수가 있다. 그런데 공간은 ‘빅뱅’ 이후 계속해서 팽창해 왔기 때문에 어느 시점 이후로는 공간의 팽창 속도가 광속 이상이 될 수밖에 없다. 따라서 우리가 아는 우주공간은 극히 일부일 뿐 광속보다 큰 속도로 팽창하고 있는 우주가 어떤 모습을 하고 있는지는 지금의 과학으로서는 알 도리가 없다. 관측을 할 수 없기에 그저 추측만 할 수 있을 뿐이다. 과학적인 방법을 통한 추측은 우주의 크기에 관해 계속해서 많은 데이터를 쌓아가고 있지만 아직은 장님 코끼리 만지는 수준이다. 우주에는 과연 끝이 있을까, 아니면 끝없이 무한히 펼쳐져 있을까. 무한히 펼쳐져 있다면 그 공간은 어떤 모양일까. 그런데 곰곰이 따져보면 우주가 유한하다고 해도, 무한하다고 해도 불가사의한 문제가 많이 생기게 된다. 이 책에서는 비유클리드 기하학, 무한론, 상대성이론, 양자역학 등을 동원해 과연 우주가 유한한지, 무한한지, 그리고 각각의 경우에 어떤 모순과 불가사의한 일이 생기는지를 흥미롭게 다룬다.

우주가 유한하게 닫혀있다면…
만약 우주가 유한한 크기여서 그 끝(경계)을 볼 수 있다면 문제는 간단하다. 하지만 현재까지 우주가 유한하다는 징후는 어디에서도 찾아볼 수 없다. 어쩌면 우주는 유한한데 우리가 보지 못할 뿐일지도 모른다. 우주공간이 어딘가에서 끊어져 있다면 어떻게 될까. 그렇게 끊어진 장소가 있다면 거기가 우주의 ‘끝’이 될 것이다. 하지만 그 끝 너머는 무엇일까. 그 ‘끝’ 너머에도 공간이 펼쳐져 있다면, 그곳은 진짜 ‘끝’이 아닌 게 되고, 다른 우주가 있어야 한다. 그렇다면 그 다른 우주는 어디까지 펼쳐져 있는 것일까. 이런 의문이 들면서 질문은 다시 원점으로 돌아오게 된다.

우주가 무한하게 계속된다면…
만약 우주가 무한하게 펼쳐져 있다면 우주의 경계, ‘끝’의 문제는 생각할 필요가 없어진다. 아무리 가도 공간이 이어져 있을 테니까. 그런데 ‘무한’이란 유한한 존재인 인간을 초월하는 신비한 대상이다. 그래서 우주가 무한하면 우리의 상식을 뛰어넘는 일들이 벌어진다. 어딘가에는 지구와 똑같은 환경을 가진 행성이 존재하게 되고, 우리를 빼닮은 외계인도 존재해야 한다. 그것도 무수하게 많이 존재한다. 이런 기묘한 일이 ‘무한한 우주’에서는 벌어지게 된다. 우리는 쉽게 ‘우주는 무한하다’고 말하지만, 만약 우주가 진짜 무한하다면 우리를 아찔하고 두렵게 만드는 엄청난 일들이 기다린다.