우리 우주를 수많은 우주 가운데 하나로 보는 다중우주(Multiverse)는 이전에 생각했던 것처럼 생명체가 존재하기에 힘든 환경은 아니라는 연구가 나왔다.

다른 우주들이 더 큰 다중우주의 일부로 존재할 수 있는지, 그리고 그 우주들이 생명체를 품을 수 있는지는 현대 우주론에서 뜨거운 관심사가 되어왔다.

영국 더럼대와 호주의 시드니대 및 서시드니대, 서호주대 과학자들은 최근 연구를 통해 만약 생명체가 존재한다면 다중우주 전역에 걸쳐 보편적으로 존재할 수 있다는 사실을 보여주었다. 연구팀이 그 같이 추정하는 이유의 열쇠는 바로 우주 팽창을 가속시키는 ‘힘(force)’인 암흑에너지(dark energy)에 있다.

“암흑에너지 수백 배 많아도 별 형성에 별 영향 없어”

과학자들에 따르면 우주의 기원을 다루는 현재의 이론들은 우리 우주에 있는 암흑에너지가 관측된 것보다 훨씬 많다고 예측한다. 여기에 더 많은 양을 보탠다면 별이나 행성 혹은 생명체가 형성되기도 전에 물질들을 희석시킬 정도로 급격한 팽창이 일어날 수 있다는 것이다.

1980년대에 소개된 다중우주론은, 우리 우주에는 다른 수많은 우주들과는 달리 ‘운좋게도 적은 양’의 암흑에너지가 있어 생명체가 유지될 수 있었다고 설명한다.

그러나 우주에 대한 대규모 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 새로운 연구 결과, 우리 우주에서 관측된 암흑에너지 양의 수백 배를 추가해도 별과 행성이 형성되는데 별 영향을 미치지 않는다는 사실이 밝혀졌다.

이 같은 사실은 생명체가 존재할 경우 다른 우주들에도 넓은 범위에 걸쳐 존재할 수 있다는 전망을 낳는다고 연구팀은 말했다.

이 연구 결과는 영국 왕립천문학회 월간회보(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 두 편의 논문으로 발표됐다.

우리 우주의 적은 암흑에너지는 수수께끼

연구에 사용한 컴퓨터 시뮬레이션은 관측된 우주에 대한 가장 현실적인 모의실험 중 하나인 ‘은하와 그 환경의 진화와 집결’(Evolution and Assembly of GaLaxies and their Environments, EAGLE) 프로젝트로 수행됐다.

더럼대 전산 우주론 연구소 대학원생인 제이미 살시도(Jaime Salcido) 연구원은 “많은 물리학자들에게 우리 우주의, 설명할 수는 없으나 겉보기에 특별한 양의 암흑에너지는 곤혹스러운 수수께끼”라고 말했다.

그는 “이번 연구의 시뮬레이션에 따르면 우리 우주에 훨씬 많거나 혹은 아주 적은 암흑에너지가 있더라도 별과 행성의 형성에는 최소한의 영향을 미치며, 이는 생명체가 다중우주 전역에 걸쳐 존재할 수 있다는 전망을 불러 일으킨다”고 설명했다.

우리 우주 특별하지만, 다른 우주에도 생명체 존재 가능

서시드니대학의 루크 반즈(Luke Barnes) 박사는 “다중우주론에서는 이전에 암흑에너지 관측치를 마치 복권 추첨과 같이 설명했다”며, “우리는 다행히 행운권을 뽑아서 잘 알고 있는 바와 같이 생명이 살 수 있는 아름다운 은하들을 형성하고 있는 우주 안에 산다고 보았다”고 말했다.

그는 “이번 연구 결과를 보면 우리의 티켓은 말하자면 매우 운이 좋은 소수에 속해 생명에 필요한 것보다 더 많은 특별한 조건을 갖추고 있는데, 이것은 다중우주의 문제로서 여전히 수수께끼로 남아있다”고 덧붙였다.

서호주대학의 연구원인 파스칼 엘라히(Pascal Elahi) 박사는 “생명이 존재하기 전에 얼마나 많은 암흑에너지가 있을 수 있는지를 자문해 봤으나, 시뮬레이션에 따르면 암흑에너지로 인한 가속화된 팽창은 별의 탄생에 거의 영향을 미치지 않으며 따라서 생명체가 탄생할 수 있음을 보여준다”고 말했다. 암흑에너지를 수백 배 증가시켜도 ‘죽은 우주’를 만들기가 충분치 않다는 것이다.

“우리 우주 특성 설명할 새 물리법칙 찾아야”

연구팀은 이번 연구 결과가 예상치 못한 것으로서, 암흑에너지의 관측값을 설명하는 다중우주론의 능력에 의구심을 던지기 때문에 문제를 불러일으킬 수 있다고 말했다. 이번 연구에 따르면, 우리가 다중우주 안에 살고 있다면 우리의 우주 안에서 볼 수 있는 것보다 50배 정도 더 많은 암흑에너지를 관측할 수 있을 것으로 예상한다.

이번 연구 결과가 다중우주론을 배제하지는 않지만 우리의 우주 안에 암흑에너지 양이 적다는 사실은 아직 발견되지 않은 자연법칙에 의해 더 잘 설명될 수 있을 것으로 보고 있다.

더햄대 전산 우주론 연구소 리처드 바우어(Richard Bower) 교수는 “우주에서의 별 형성은 중력의 이끌림과 암흑에너지의 반발 사이의 싸움”이라고 말했다.

바우어 교수는 “이번 시뮬레이션에서 우리의 우주보다 훨씬 많은 암흑에너지를 가진 우주들이 별들을 잘 형성할 수 있다는 사실을 발견했는데, 우리의 우주에는 왜 그렇게 암흑에너지가 적게 존재하는가”라는 질문을 던졌다.

이에 대해 그는 “우리 우주의 이 같은 이상한 특성을 설명하기 위해 새로운 물리법칙을 찾아야 한다고 생각한다”며, “다중우주론은 물리학자들의 곤혹스러움을 해결하는데 별 도움이 되지 않는다”고 강조했다.