우주에는 시작이란 없었다라는 지적, 빅뱅에 앞서 우주는 무한히 계속되고 있었다는 새로운 주장

우주에는 시작이란 없었다라는 지적, 빅뱅에 앞서 우주는 무한히 계속되고 있었다는 새로운 주장

일반상대성이론에서 우주는 지금으로부터 약 138억 년 전에 발생한 빅뱅으로 만들어졌다고 하지만, 일반상대성이론에서는 빅뱅으로 급팽창하기 전에 우주가 한 점에 응축되어 있던 특이점에 대해 설명할 수 없다. 이 문제를 다루는 과학자들이 2021년 9월 24일 '우주에는 애초에 시작이 없다'는 접근법을 주장했다.

원자보다 작은 미크로의 세계로부터, 광대한 우주까지를 모두 해명할 수 있는 이론은 현 시점에서는 등장하지 않았기 때문에, 현대의 물리학자는 양자역학과 일반 상대성이론이라고 하는 2개의 이론을 사용하고 있다. 양자역학은 자연계에 존재하는 네 가지 힘 중 전자기력, 약한 힘, 강한 힘의 세 가지를 기술하는 것이고, 일반 상대성이론은 나머지 하나인 중력에 대해 기술하는 것이다.

아인슈타인이 1915년 발표한 일반 상대성이론은 우주를 보는 방식을 바꿨다고까지 알려진 중요한 이론이지만 불완전한 부분도 있다. 그것은 블랙홀의 중심이나 우주가 시작되었다고 여겨지는 한 점에 있는 에너지가 무한대의 영역 '특이점'을 설명할 수 없다는 문제다.

물리학자는 특이점의 수수께끼를 규명하기 위해 양자역학과 일반 상대성이론을 통일하는 양자중력이론을 찾고 있으며, 그 후보에는 초끈이론과 루프 양자중력이론 등 여러 이론이 있다. 영국 리버풀 대학의 물리학자인 브루노 벤트가 연구하고 있는 인과집합 이론도 그 중 하나입니다.

인과집합 이론에서는 시공을 연속적인 존재라고 생각하는 일반 상대성이론과는 달리 시간과 공간은 비연속적인 '시공원자'로 이루어져 있다고 보고 있다. 이 생각에 서면 이미지를 하나의 픽셀보다 작게 분할할 수 없는 것과 마찬가지로 물체도 시공원자보다 작은 영역에 주입할 수 없다는 것이다. 즉 우주의 모든 것이 한 점에 가득 차 있던 빅뱅의 특이점도 존재하지 않는 것이다.

인과집합 이론을 사용하면 빅뱅의 특이점 문제를 잘 설명할 수 있지만 대신 '빅뱅 앞의 우주는 어땠을까?'라는 의문이 생긴다. 이 수수께끼에 도전한 벤트는 임페리얼 칼리지 런던의 연구자인 스텁 자렐과 공동으로 발표한 논문에서 고전적인 사고방식으로 말하면 우주는 인과관계의 연임에 따라 무에서 현재의 모습으로 성장한 것이지만 우리의 이론으로는 인과관계가 과거를 향해 무한히 이어진다고 생각하기 때문에 무슨 일이 일어나기 전에는 반드시 무언가가 일어난 것이다. 즉, 원래 우주의 시작은 없었던 것이다"라고 논했다.

벤트 등의 연구 결과에 따르면 우주는 빅뱅에서 시작된 것이 아니라 그 오래 전부터 항상 존재해 왔으며, 우연히 빅뱅의 폭발로 현재의 모습이 된 것일 뿐이라고 해석된다고 한다. 시작이 없다고 해도 감이 잘 오지 않지만 벤트는 "이 이야기에 국한되지 않고 현실에는 SF나 판타지라고 생각할 만한 것들이 많이 있다"라고 말했다.

[2109.11953] If time had no beginning
https://arxiv.org/abs/2109.11953

Whatif the universe had no beginning? | Live Science
https://www.livescience.com/universe-had-no-beginning-time

What if the universe had no beginning?