흥미돋 3차원 너머에 11차원이 있다? (feat. 평행우주)

[Joey Tribbiani]

출처: 여성시대 Joey Tribbiani
https://youtu.be/19qOLjbIGx4?si=H141RLtRUBebOC5_

평행우주가 존재한다는 강력한 근거/ 3차원 너머에 11차원이 있다?/ 초끈이론/ 물리학자 미치오 카쿠 - 유투브 충코의 철학

왼) 인터뷰어 / 오) 인터뷰이 물리학자

글자색 구분: 
인터뷰어 - 빨강
물리학자 미치오 카쿠 - 디폴트(검정)

카쿠씨, 오늘날 추가 차원은 더 이상 공상과학의 이야기가 아니라 과학계의 첨단이자 중심에 서 있습니다. 초끈이론이나 가장 근본적인 물리학에서 추가 차원은 어떻게 이야기되는지, 그리고 더 나아가서는 우주론에서 더 확장된 추가 차원에 대한 이야기는 어떻게 진행되는지 궁금합니다.

이야기를 하나 들려드리죠.
제가 어린 시절 샌프란시스코에서 자랄 때, 저는 일본 차 정원을 종종 방문했습니다. 거기에는 연못이 하나 있었고, 잉어들이 표면 바로 밑에서 헤엄을 치고 있었죠.

저는 몇 시간이고 그 잉어들을 지켜보곤 했습니다. 그 잉어들은 2차원의 평면 위에서 움직였습니다. 앞뒤로, 왼쪽 오른쪽으로 움직이면서 양쪽에 달린 눈으로 주변을 쳐다봤죠. 

그 잉어들의 입장에서는 저를 볼 수가 없었습니다. 저는 3차원에 있었으니까요. 잉어들의 관점에서 저는 하이퍼공간에 있었습니다. 잉어들은 자신들의 연못을 넘어서는 다른 우주가 있다는 걸 전혀 의식하지 못했죠. 그래서 저는 생각했습니다.

'만약 내가 저 잉어들 중 한 마리를 잡아서 수면 위로 끌어올리면 어떻게 될까?'

어쩌면 그 물고기는 과학자였을지도 모르죠. 그래서 자신의 과학적 지식의 한계 안에서 평상시에 이렇게 말하고 다녔을지도 모릅니다.

"저 위에 뭔가가 있다는 건 말이 안 돼. 공상과학에서나 나올 법한 소리지. 저 위에는 아무것도 없어."

그런데 제가 그 과학자 물고기를 들어 올려서 3차원의 하이퍼공간으로 이끌면 어떻게 될까요? 그 물고기는 무엇을 볼까요?

그 물고기는 물이 없이도 숨 쉬고 있는 생명체들을 볼 겁니다. 그렇게 생물학의 법칙이 뒤바뀌겠죠. 

또한 지느러미 없이도 움직이는 생명체들을 볼 겁니다. 그렇게 물리학의 법칙이 뒤바뀌겠죠.

그 다음에 제가 다시 그 물고기를 연못 안에 집어넣으면, 그 물고기는 다른 물고기들에게 어떤 이야기를 들려줄까요?

오늘날 우리 과학자들은 우리가 그 물고기라고 믿습니다. 아직 다른 차원의 존재를 증명할 수는 없지만요.

우리는 평생을 3차원 안에서 삽니다. 앞뒤, 왼쪽 오른쪽, 위아래로 움직이면서 우리가 살아가는 이 작은 연못 밖에 대한 이야기는 다 공상과학에 불과하다고 여깁니다. 그런 이야기는 말도 안 된다고 여기죠.

그런데 더이상 이렇게만 생각할 수는 없습니다. 물리학에서 지금 더 높은 차원에 대한 이야기는 가장 널리 논의되는 이야기가 됐으니까요.

이 3차원에서는 모든 물리학 법칙들을 조화롭게 설명할 공간이 없습니다. 하지만 만약 더 넓은 연못으로, 하이퍼공간으로 나아간다면, 모든 물리학적 법칙들을 퍼즐처럼 서로 완벽하게 맞물리게 설명할 수가 있죠.

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지금 우리가 살아가는 3차원 안에서도 물리학 법칙이 있고, 우리는 그 법칙들로 세계를 설명하잖아요.

그런데 그 여러 법칙들 중 상당 부분은 무작위적이기 때문에 우리는 많은 상수들을 필요로 하죠. 상수를 이론에 집어넣음으로써 완벽하게 설명되지 않는 부분을 채워 넣으려고 하는데요. 그런데 그 상수들이 서로 유기적으로 설명되지가 않는다는 거죠?

네, 맞아요. 

저는 수정에 대해 생각하는 걸 좋아합니다. 한번 수정이 산산조각나서 테이블 표면에 떨어진다고 상상해 보죠.

그런데 그 표면에는 작은 벌레들이 살고 있습니다. 벌레들은 수정 조각을 모아보자고 마음을 먹었습니다. 그래서 여기저기서 조각을 주워 와 나름대로 하나의 수정을 만들었죠. 우리는 이걸 양자이론이라고 부릅니다.

또 다른 벌레들은 다른 조각들을 주워 와서 나름대로 하나의 또 다른 수정을 만들었습니다. 우리는 이걸 시공간에 대한 상대성이론이라고 부릅니다.

그 다음에 벌레들은 이 두 수정을 합쳐서 하나로 만들려고 하는데 그럴 수가 없습니다. 어떻게 짜맞추려고 해도 알맞게 합쳐지지가 않았죠.

 그러던 어느날 누군가 나타나서 "우리 한번 하나의 수정을 위로 올린 다음에 둘을 합쳐보자!"라고 말했습니다.

그 이전까지 개미들은 테이블 표면이라는 2차원에만 머물면서 거기에 국한된 생각만 했거든요. 그런데 어떤 개미가 나타나서 수정을 3차원적으로 짜맞춰보자고 제안을 한거죠.

자, 그렇게 했더니 두 수정이 딱 맞게 합쳐져 아름다운 완전체에 이르렀습니다. 이게 오늘날 과학자들이 생각하는 바입니다.

우리는 지금 삼차원 세계에 살고 있고, 여러 조각들을 보고 있습니다. 전자기력을 보고, 중력을 보고, 핵력을 보죠. 이것들은 모두 통일장 이론이라는 전체의 작은 조각들입니다. 그 조각들 중 몇몇을 모아서 합쳤더니 양자역학이 됐죠. 작은 것들, 원자 같은 것들에 대한 이론입니다. 반면 다른 조각들을 모아서 합쳤더니 아인슈타인의 이론이 됐습니다. 시공간 상대성에 대한 거시적인 이론이죠.

하지만 이 둘이 합쳐지지가 않습니다. 그런데 만약 하이퍼공간으로 이 두 수정을 이동시킨다면 둘이 아름답게 합쳐질지도 모르죠.

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그 두 개가 합쳐진다는 게 어떤 의미인가요? 우리는 지금 공간에서 3개의 차원, 그리고 시간까지 포함한다면 4개의 차원에서 살아간다고 생각하잖아요. 그런데 차원이 더 있으면 어떻게 되는 건가요? 왜 초끈이론에서는 차원이 더 필요한 건가요?

음, 오늘날 우리는 세계를 굉장히 깨어진 상태로 보고 있습니다. 우리는 무언가 깨진 조각들을 보고 있죠. 

하지만 모든 것이 시작될 때, 즉 시간의 맨 처음에는 완전한 형태의 수정이 있었을 겁니다. 우리는 그 태초의 수정을 묶어두는 힘을 초힘superforce이라고 부르죠. 

하지만 그 후에는 빅뱅이 일어났습니다. 그때 수정이 파괴되어 여기저기로 작은 조각들이 흩어졌죠. 지금 우리가 주변에서 보는 산, 구름, 행성은 다 무언가가 깨져셔 생겨난 결과물입니다. 우리는 지금 끔찍하게 깨어진 우주 속에서 살아가고 있습니다. 

하지만 태초에는 완전성이 있었습니다. 그 완전성은 더 높은 차원에 속하죠. 우리는 3차원에서는 그 완전성을 발견할 수 없습니다.

사람들은 말합니다. 왜 10개 차원이냐, 왜 11개 차원이냐? 

수학에는 마법의 수들이 있습니다. 굉장한 성질을 가진 수들이죠. 13차원이나 15차원의 우주가 되면 그건 불안정합니다. 입자들은 10차원 혹은 11차원을 향해 붕괴되는 경향성을 갖고 있습니다. 수학적으로 계산해 보면 특정한 개수의 차원만이 안정적이라는 걸 알 수 있습니다. 

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수학적으로 계산해 보면 지금 우리가 알고 있는 3차원을 포함해서 10차원 혹은 11차원이 돼야만 가장 단순하고 안정적인 힘들이나 끈들이 생겨날 수 있다는 건데, 그 10차원과 11차원에서 어떤 일들이 진행되는 결과로 우리가 지금 보통 3차원에서 어떤 힘들이나 입자들을 본다는 거군요. 마치 연못에 잉어들이 연못 위에서 일어나는 일에 영향을 받아 어떤 현상을 보듯이요.

맞습니다. 그 더 높은 차원에 존재하는 수정은 어떤 이유로 인해서인지 부서졌습니다. 그걸 우리는 빅뱅이라고 부르고 있고요. 더 정확한 이유에 대해서는 지금 알아가는 중입니다. 어쨌든 우리가 보는 3차원 세계는 깨진 세계입니다. 

그러면 더 높은 차원은 도대체 어디에 있다는 걸까요? 

한번 연기를 생각해 보세요. 연기는 공간으로 침투합니다. 연기는 3차원으로만 침투합니다. 연기는 그 이상의 차원으로 나아가지 않죠. 그렇기 때문에 4차원, 5차원, 6차원은 연기보다 더 작아야 됩니다.

그리고 원자 역시 갑자기 하이퍼공간으로 나아가지 않죠. 따라서 이 더 높은 차원들은 원자보다 더 작아야 합니다. 그렇지 않으면 우리가 알고 있는 우주는 떠내려가 버릴 겁니다. 마치 연기가 3차원 공간으로 퍼져 나가듯이, 우리가 알고 있는 사물들보다 4차원, 5차원이 더 크다면 사물들이 그리로 이동해 버릴 겁니다. 

그래서 우리가 생각하는 이론은 태초에 완전한 상태에서는 10차 혹은 11차의 하이퍼공간이 있었으나, 이 더 높은 차원이 말려서 지금은 너무 작아졌기 때문에 원자들이 거기로 이동할 수 없다는 겁니다. 

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한마디로 멀리서 보면 1차원인 것처럼 보이지만 사실 아주 작은 차원, 원자보다 더 작은 차원까지 내려가면 마치 빨대처럼 무언가를 끌어당길 수 있는 다른 차원이 말려 있다는 거군요.

맞아요. 우리가 주변에서 보는 이 우주는 실제로 하이퍼차원으로 구성되어 있습니다. 하지만 우리는 그걸 볼 수가 없죠. 왜냐하면 너무 작게 말려 있어서 관찰될 수가 없거든요. 

예를 들어서 테이블 표면을 한번 생각해 보면, 그 표면의 경우 2차원으로 되어 있습니다. 2차원으로 쭉 펴져 있어서 크기가 크죠. 하지만 이 표면을 아주 작게 말아서 담배처럼 어디다가 넣어버리면 1차원의 점처럼 보이겠죠. 하지만 만약 제가 현미경을 통해 그 작은 점을 들여다보면, 사실 거기에는 2차원의 거대한 평면이 들어있을 겁니다. 

하이퍼차원은 우리 주변 어디에나 다 있습니다. 우리의 몸, 집안의 거실 등의 다 하이퍼 차원이 있죠.

한번 다시 연못을 생각해 봅시다. 연못에 모든 면은 다 3차원과 맞닿아 있습니다. 물고기가 수면 위로 고개를 내밀기만 하면 3차원을 볼 수가 있죠. 따라서 연못 안에서 물고기들이 도대체 어디에 3차원이 있느냐고 묻는다면, 모든 곳에 3차원이 있다고 답해야 할 겁니다.

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그렇군요 방금 말씀하신 부분은 미시적인 우주에 대한 이야기인데요.

그러면 거시적인 우주는 어떤가요? 거시적인 추가 차원에 대해서는 어떤 이야기들이 우주론에서 나오고 있나요?

끈은 수학적으로 오직 10차원에서만 진동할 수 있습니다. 

그런데 90년대에 혁명이 일어났습니다. 하나의 차원을 더 추가해서 11차원을 생각할 수 있다는 걸 알게 됐죠. 

11차원이 되면 막membrane들이 있을 수가 있어서, 작은 끈들뿐만 아니라 비치볼이나 골프공 같은 것들도 진동할 수가 있습니다. 그리고 어쩌면 지금 우리가 보는 우주 자체가 하나의 커다란 막일 수도 있습니다. 

10차원까지만 생각했을 때는 모든 추가 차원이 다 아주 작아야 된다고 생각했습니다. 하지만 11차원을 추가하면서 어떤 차원은 거대할 수도 있다는 생각이 나왔죠. 심지어 어떤 차원은 크기가 무한한 게 아닐까 하는 주장까지 나왔습니다. 

이런 이론은 어쩌면 중력이 왜 그렇게 약한지를 설명해 줄지도 모릅니다. 중력은 아주 약한 힘입니다. 어쩌면 그 이유는 중력이 그 거대한 다른 차원들로 빠져나가고 있기 때문일지도 몰라요. 

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중력은 전자기력에 비해 10의 몇 십승분의 1의 힘만을 갖는다고 생각되잖아요. 중력과 전자기력이라는 이 두 근본적 힘이 그렇게 큰 차이가 난다는게 좀 이해가 잘 안 가긴 합니다.

초등학생 때 우리는 책상 위에 종이를 올려놓고 머리를 빗은 다음에 그 빗의 정전기를 이용해 종이를 드는 장난을 해봅니다. 그건 일종의 중력을 거스르는 행위입니다. 

지구는 6 곱하기 10의 24승kg입니다. 근데 이 조그만 빗에서 나오는 전자기력을 이용해서도 지구의 중력을 거스를 수가 있죠. 중력은 이렇게나 약합니다. 어쩌면 이 이유는 공간이 더 높은 차원에 의해 중력을 잃기 때문인 걸 수도 있어요.

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어떤 차원의 경우 아주 규모가 크고 심지어 무한한 크기일 수도 있다고 한다면, 10차원이나 11차원 이상으로 더 많은 차원이 존재할 가능성은 없나요? 아니면 무한한 수의 차원이 존재할 수는 없나요? 그리고 그 차원들 중에서 무한한 크기를 가진 차원들도 엄청 많을 수도 있지 않을까요?

일단 현재로서는 11차원이 한계라고 보고 있습니다. 

어떤 사람들은 12차원에 대해서 이야기하기도 하는데요. 12차원에서는 시간이 두 개입니다. 하지만 13차원부터는 우주가 정말로 불안정해져요. 13차원은 수학적으로 이야기에 너무나 끔찍한 차원입니다. 12차원이 한계에요. 그리고 심지어 12차원이라면 시간이 두 개여야 하죠. 

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시간이 두 개라고 상상하기는 굉장히 어렵긴 하네요.

어쩌면 우리는 실험을 통해 추가 차원을 관찰할 수 있을지도 모릅니다. 

한번 우리가 사는 3차원 공간 바로 위에 추가 차원이 떠 있다고 상상을 해보면, 분명히 추가 차원이 아주 가까이에 있기는 하지만 빛이 그 밑으로만 지나다니기 때문에 그 차원을 볼 수가 없겠죠. 

어쩌면 이게 암흑물질을 설명해 줄지도 몰라요. 암흑물질은 보이지 않고 중력을 가졌습니다. 허블 우주망원경은 이 암흑물질의 지도를 제공했죠. 어쩌면이 보이지 않는 물질은 그냥 평범한 은하가 우리가 있는 3차원 바로 위에 또 다른 차원에서 떠 있는 것일지도 몰라요. 

『투명인간』이라는 유명한 소설에서는 주인공이 남들에게 보이지 않게 됩니다. 왜냐하면 그는 4차원으로 흡수되었거든요. 그는 우리 바로 위에 떠 있습니다. 그리고 빛은 그가 있는 차원 밑만을 지나가죠. 하지만 그는 우리를 내려다 볼 수 있습니다. 이렇게 생각해보면 어쩌면 우주의 대부분을 차지하고 있는 암흑물질은 또 다른 차원의 평행우주에 있는 평범한 물질에 불과한 걸지도 몰라요.

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그런 논리라면 중력만이 유일하게 여러 차원을 이동할 수 있는 힘일지도 모르겠군요. 다른 어떤 것들도 추가 차원으로 이동할 수 없고, 오직 중력만이 우리가 모르는 어떤 과정을 거쳐 추가 차원으로 이동하는 것일 수도 있겠군요.

맞습니다. 우리는 끈끈이 위에 있는 파리와 같습니다. 우린 지금의 3차원에 갇혀 있어요. 빠져나갈 수가 없습니다. 

하지만 그 끈끈이와 다른 차원 사이 지점에서 중력이 소실되는 현상이 생길 것이고, 만약 그걸 실험적으로 관측하는 데에 성공한다면 또 다른 우주의 존재를 입증할 수 있을지도 모릅니다.

이건 공상과학의 이야기가 아닙니다. 인간이 개발한 도구를 통해 암흑물질을 관측함으로써 우리의 차원 바로 위에 존재하고 있는 다른 차원으로 중력이 빠져나가는 현상을 관측하게 될 수도 있습니다.

[아닉네임정하기개귀찮네]

신기하면서도 무섭다... 나는 정말 하찮은존재구나

[짃껄이지마]

우리가 저 예시에 나오는 2차원의 잉어라고 생각하면 종교를 가진 사람들이 찾는 신은 더 고차원의 인간일 수도 있는거네 10차원까지 있는 거고 만약 신은 4차원에 존재한다면... 사실은 신도 그리 완전무결하진 않겠네 재밌다

[레몬그린]

흥미롭다 11차원이 최대구나 4차원까지는 알겠는데 5,6차원 등의 특징도 궁금하네 찾아봐야지

[고롱고롱고로롱]

이해하고싶다 간절하게

[사물들]

아니미친 자기전에 이런 흥미로운 이야기를 보다니 너무잼잇고 절묘한 비유들을 동원한 설명이다ㅋㅋㅋㅋ 퍼와줘서 고마워 글쓴여시!!!!!!!!!!! 잼잇는꿈꿔야지 ㅋ

[Joey Tribbiani]

🫶굳밤🌝

[지원금]

어쩌면 신이 11차원인건 아닐까?

[엠씨티오일]

오 열심히 읽었다 ,,, 흥미롭

[남쓰레기남모아서헝거게임]

연못이 2차원이고 우리가 3차원에 산다는것만 이해했어...ㅜㅜ

[웻테어]

이해한 여시들의 댓글을 읽고 이해하는중.. 어렵지만 흥미롭다🫨

[이미 모든것이 다 이루어졌다!]

너무 흥미로워!!!!!! 글쓴여시 이런 좋은 글 올려줘서 너무 너무 고마워!!!!!❤️

[날 닮은 너 너뉘기야]

나 이런 얘기 너무 좋아 나 이거 내일 낮에 또 읽을래 인쇄하고싶다;;; 낼 친구랑 이걸로 토론해야지 대박

[babycowboy]

이런거 너무 좋아ㅠㅠ

[피곤해죽겠어요]

와 흥미롭다.. 11차원이라니..

[.oO(4등급)]

이게 삼체에서 지자 만들 때 나온 그 개념이구나....뭔말인지 하나도 모르겠던데 이거 봐도 뭔말인지 잘 모르겠넼ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ작가가 창조한 이론이 책에 많이 들어있길래 11차원 얘기도 그런 건줄 알았는데 진짜 있는 개념이었네...신기하다 글쓴여샤 정리해줘서 고마워!!!🥰