다중우주 가설은 과학인가, 검증 가능성 논쟁

다중우주 가설은 우리 우주 말고도 수많은 우주가 존재한다는 생각이다. 급팽창 이론, 끈 이론, 양자역학의 다세계 해석처럼 서로 다른 이론들이 각기 다른 방식으로 다중우주를 내놓는다. 문제는 다른 우주를 관측하거나 실험으로 확인할 방법이 사실상 없다는 점이다. 그래서 물리학자와 과학철학자들 사이에서는 다중우주를 과학의 영역으로 볼 수 있는지를 두고 치열한 논쟁이 이어진다.

다중우주는 어디서 나오나

다중우주는 누군가 재미로 상상한 것이 아니라, 여러 이론의 계산에서 따라 나오는 결과다.

출처	어떤 다중우주인가
영원한 급팽창	팽창이 멈춘 곳마다 거품처럼 생기는 우주들
끈 이론의 풍경	물리 상수가 서로 다른 수많은 가능한 진공 상태
다세계 해석	양자 측정마다 갈라지는 세계들
무한히 넓은 우주	충분히 멀리 가면 같은 배열이 되풀이되는 영역들

각각의 다중우주는 성격이 다르다. 어떤 것은 공간적으로 멀리 떨어진 영역이고, 어떤 것은 서로 다른 물리 법칙을 가진 우주이며, 어떤 것은 양자 상태가 갈라진 갈래다. 이들을 하나의 '다중우주'로 묶어 부르는 것 자체가 혼란을 부른다는 지적도 있다.

과학과 비과학은 무엇으로 가르나

흔히 쓰이는 기준은 철학자 칼 포퍼의 반증 가능성이다. 어떤 주장이 과학적이려면, 그것이 틀렸음을 보여 줄 수 있는 관찰이나 실험이 원리적으로 가능해야 한다는 것이다. '모든 백조는 희다'는 검은 백조 한 마리로 반박될 수 있으니 과학적 주장이다. 반면 어떤 관찰로도 반박할 수 없는 주장은 과학의 영역 밖에 있다고 본다.

이 기준을 다중우주에 대 보면 곤란해진다. 우리와 영영 연락할 수 없는 다른 우주가 존재한다는 주장은, 어떤 관찰로도 반박하기 어렵다. 그래서 비판하는 쪽은 다중우주가 과학이 아니라 형이상학이나 철학적 추측에 가깝다고 말한다. 증거 없이 무엇이든 설명할 수 있는 이론은 아무것도 설명하지 못한다는 것이다.

옹호하는 쪽은 무엇을 근거로 드나

다중우주를 진지하게 다루는 쪽은 다른 논리를 편다. 다중우주 자체를 직접 확인할 수는 없어도, 다중우주를 예측하는 이론은 우리 우주에 대해 확인 가능한 다른 예측들을 내놓는다는 것이다. 급팽창 이론은 우주 배경 복사의 온도 무늬에 대한 구체적인 예측을 했고, 그것이 관측과 잘 맞았다. 그 이론을 믿을 만한 근거가 쌓인다면, 그 이론이 함께 예측하는 다른 우주들도 진지하게 고려할 이유가 생긴다는 주장이다.

비유하자면 블랙홀의 내부를 직접 볼 수는 없지만, 블랙홀 바깥에서 잘 검증된 일반 상대성 이론을 근거로 내부에 대해 이야기하는 것과 비슷하다는 것이다. 일부는 거품 우주의 충돌 흔적처럼 간접적인 증거를 찾을 가능성도 열려 있다고 본다.

인류 원리는 어떤 역할을 하나

다중우주 논쟁에서 자주 함께 등장하는 것이 인류 원리다. 우리 우주의 물리 상수가 생명이 존재하기에 놀랍도록 알맞은 이유를, 수많은 우주 가운데 생명이 생길 수 있는 우주에서만 관찰자가 나타나기 때문이라고 설명하는 방식이다. 옹호하는 쪽은 이것이 미세 조정 문제에 대한 자연스러운 답이라고 본다. 비판하는 쪽은 이것이 더 깊은 설명을 찾으려는 노력을 포기하게 만든다고 우려한다. 왜 그런 값인지 묻는 대신, 그냥 그런 우주에 우리가 있다고 말하고 끝내 버린다는 것이다.

아직 결론 나지 않은 것

이 논쟁은 다중우주가 존재하느냐를 넘어, 과학이 무엇인지에 대한 질문으로 이어진다. 관측할 수 없는 대상에 대해 이론적으로 탄탄한 근거만으로 이야기해도 되는지, 반증 가능성이라는 기준을 이런 경우에 어떻게 적용해야 하는지에 대해 학계의 의견은 여전히 갈린다. 분명한 것은, 다중우주라는 말을 들으면 그것이 어떤 이론에서 나온 어떤 종류의 다중우주인지부터 묻는 것이 이 논쟁을 이해하는 출발점이라는 점이다.