A few months ago the Nobel Prize in physics was awarded to two teams of astronomers for a discovery that has been hailed as one of the most important astronomical observations ever. And today, after briefly describing what they found, I'm going to tell you about a highly controversial framework for explaining their discovery, namely the possibility that way beyond the Earth, the Milky Way and other distant galaxies, we may find that our universe is not the only universe, but is instead part of a vast complex of universes that we call the multiverse.
몇 달 전 있었던 노벨상 시상식에서 노벨 물리학상의 영예는 천문학 역사상 가장 중요한 관측 중 하나를 해낸 것으로 평가받는 두 팀의 천문학자들에게 주어졌습니다. 오늘 저는 그들이 무엇을 발견했는지와 함께 논쟁이 많긴 하지만 그들의 발견을 설명할 수 있는 배경 이론들에 대해 말씀드리려고 합니다. 구체적으로 말하자면 지구, 우리 은하, 그리고 멀리 떨어진 다른 은하들 너머에 우리 우주 외에 다중 우주라고 불리는 여러 우주들의 집합체가 존재할 가능성에 대해 얘기할 것입니다.
Now the idea of a multiverse is a strange one. I mean, most of us were raised to believe that the word "universe" means everything. And I say most of us with forethought, as my four-year-old daughter has heard me speak of these ideas since she was born. And last year I was holding her and I said, "Sophia, I love you more than anything in the universe." And she turned to me and said, "Daddy, universe or multiverse?" (Laughter)
여러분에게 다중 우주의 개념은 낯설 것입니다. 우리는 자라면서 "우주"라는 단어가 곧 모든 것을 의미하는 것으로 믿게 되었기 때문입니다. 물론 그렇지 않은 분들도 간혹 있습니다. 제가 다중 우주에 대한 얘기를 하도 많이 해서 그런지 작년에 제 4살짜리 딸에게 "아빠는 우주 안의 그 어떤 것보다도 너를 더 사랑한단다."라고 말했더니 제 딸이 "우주를 말하는거에요 아니면 다중우주를 말하는거에요?"라고 묻더군요. (웃음)
But barring such an anomalous upbringing, it is strange to imagine other realms separate from ours, most with fundamentally different features, that would rightly be called universes of their own. And yet, speculative though the idea surely is, I aim to convince you that there's reason for taking it seriously, as it just might be right. I'm going to tell the story of the multiverse in three parts. In part one, I'm going to describe those Nobel Prize-winning results and to highlight a profound mystery which those results revealed. In part two, I'll offer a solution to that mystery. It's based on an approach called string theory, and that's where the idea of the multiverse will come into the story. Finally, in part three, I'm going to describe a cosmological theory called inflation, which will pull all the pieces of the story together.
하지만 그런 예외적인 경우를 제외하곤 우리 우주와 근본적으로 전혀 다른 특징을 보이는 우주의 존재를 상상하는 것은 쉽지 않은 일입니다. 오늘 강연을 통해 여러분에게 다중우주 개념이 왜 단지 추측임에도 불구하고 중요하고 설득력이 있는지 설명드리도록 하겠습니다. 다중우주에 관한 얘기를 세 부분으로 나눠서 하겠습니다. 맨 먼저 노벨상 수상자들의 관측 결과를 소개하고 그 결과 속에 어떤 수수께끼가 담겨 있는지 알려드리겠습니다. 두 번째 부분에선 끈이론을 소개하면서 수수께끼를 풀 수 있는 실마리를 제시하고 끈이론이 다중우주 개념과 어떻게 연관되는지 설명하겠습니다. 마지막 세번째 부분에서는 급팽창이론을 소개하면서 이 이야기를 마무리짓도록 하겠습니다.
Okay, part one starts back in 1929 when the great astronomer Edwin Hubble realized that the distant galaxies were all rushing away from us, establishing that space itself is stretching, it's expanding. Now this was revolutionary. The prevailing wisdom was that on the largest of scales the universe was static. But even so, there was one thing that everyone was certain of: The expansion must be slowing down. That, much as the gravitational pull of the Earth slows the ascent of an apple tossed upward, the gravitational pull of each galaxy on every other must be slowing the expansion of space.
이 이야기의 시작은 1929년으로 거슬러 올라갑니다. 1929년에 위대한 천문학자 에드윈 허블은 머나먼 은하들이 지구로부터 멀어지고 있다는 사실을 발견했습니다. 우주 공간 자체가 팽창하고 있다는 것을 발견한 것이죠. 이것은 매우 획기적인 발견이었습니다. 전체적으로 봤을 때 우주는 정적이라는 것이 그 때까지의 통설이었기 때문입니다. 그 통설이 깨지고 우주의 팽창이 확인되자 사람들은 우주의 팽창 속도가 느려지고 있을 것이라 확신했습니다. 사과를 위로 던지면 지구의 중력에 의해 사과가 땅으로 떨어지듯이 은하 사이의 중력이 우주의 팽창을 억누를 것이라 생각한 것입니다.
Now let's fast-forward to the 1990s when those two teams of astronomers I mentioned at the outset were inspired by this reasoning to measure the rate at which the expansion has been slowing. And they did this by painstaking observations of numerous distant galaxies, allowing them to chart how the expansion rate has changed over time. Here's the surprise: They found that the expansion is not slowing down. Instead they found that it's speeding up, going faster and faster. That's like tossing an apple upward and it goes up faster and faster. Now if you saw an apple do that, you'd want to know why. What's pushing on it?
1990년대에 들어서 천문학자들은 우주의 팽창 속도가 정확히 얼마나 줄어들고 있는지 직접 측정해보기로 했습니다. 앞서 언급한 두 팀의 노벨상 수상자들이 바로 그들이었죠. 그들은 엄청난 노력을 들여 수많은 은하들을 관측하고 그 관측 자료를 바탕으로 우주의 팽창 속도가 시간에 따라 어떻게 변했는지 알아냈습니다. 그런데 그 결과는 놀라웠습니다. 수집한 자료를 분석하니 우주의 팽창속도가 느려지기는 커녕 오히려 더 빨라지고 있다는 결과가 나온 것입니다. 이는 마치 사과를 위로 던졌더니 점점 더 빨리 하늘로 솟구쳤다고 말하는 것과 똑같은 것입니다. 그런 일이 실제로 일어났다면 여러분은 어떤 이유로 그런 일이 일어나는지 알고 싶어하실 것입니다.
Similarly, the astronomers' results are surely well-deserving of the Nobel Prize, but they raised an analogous question. What force is driving all galaxies to rush away from every other at an ever-quickening speed? Well the most promising answer comes from an old idea of Einstein's. You see, we are all used to gravity being a force that does one thing, pulls objects together. But in Einstein's theory of gravity, his general theory of relativity, gravity can also push things apart.
마찬가지로 천문학자들도 이 놀라운 결과의 배경에 어떤 원리가 숨어 있는지 알고 싶어했습니다. 도대체 어떤 힘이 작용해서 모든 은하들이 점점 더 빨리 멀어지고 있는 것일까요? 이에 대한 해결의 실마리는 아인슈타인으로부터 얻을 수 있습니다. 우리는 중력이 어떤 물체를 한 곳으로 잡아당긴다는 사실을 잘 알고 있습니다. 하지만 아인슈타인의 일반상대성이론에 따르면 중력은 물체를 밀어낼 수도 있습니다.
How? Well according to Einstein's math, if space is uniformly filled with an invisible energy, sort of like a uniform, invisible mist, then the gravity generated by that mist would be repulsive, repulsive gravity, which is just what we need to explain the observations. Because the repulsive gravity of an invisible energy in space -- we now call it dark energy, but I've made it smokey white here so you can see it -- its repulsive gravity would cause each galaxy to push against every other, driving expansion to speed up, not slow down. And this explanation represents great progress.
그것이 어떻게 가능하냐면, 아인슈타인의 이론에 따르면 공간 안에 어떤 특정한, 보이지 않는 에너지가 마치 안개처럼 균일하게 차 있을 경우 그 공간은 밀어내는 중력을 생성하기 때문입니다. 밀어내는 중력은 천문학자들의 관측 결과를 설명하기 위한 열쇠가 될 수 있습니다. 이 보이지 않는 에너지에서 생성된 밀어내는 중력은 암흑에너지라 불립니다. 화면에서는 여러분이 쉽게 구분할 수 있도록 암흑에너지를 하얀 연기처럼 표시했는데 이 에너지는 은하 사이에서 밀어내는 힘으로 작용해 우주의 팽창을 가속시킵니다. 암흑에너지는 천문학자들의 관측 결과를 설명하는데 큰 발판과 역할을 했습니다.
But I promised you a mystery here in part one. Here it is. When the astronomers worked out how much of this dark energy must be infusing space to account for the cosmic speed up, look at what they found. This number is small. Expressed in the relevant unit, it is spectacularly small. And the mystery is to explain this peculiar number. We want this number to emerge from the laws of physics, but so far no one has found a way to do that.
하지만 앞서 말했듯이 여기에는 수수께끼가 숨어 있습니다. 그 수수께끼는 바로 이것입니다. 천문학자들은 암흑에너지가 얼마만큼 존재해야 우주의 팽창 속도가 관측 결과와 일치하는지 계산해보기로 했습니다. 계산 결과 천문학자들은 다음과 같은 숫자를 얻었습니다. 이 숫자는 관련 단위로 표시될 때 말할 것도 없이 무지하게 작은 숫자입니다. 문제는 왜 하필 이런 값이 나오냐는 것입니다. 우리는 물리학 법칙으로부터 이 값을 수학적으로 도출해내려 했지만 아직까지 그 누구도 성공하지 못했습니다.
Now you might wonder, should you care? Maybe explaining this number is just a technical issue, a technical detail of interest to experts, but of no relevance to anybody else. Well it surely is a technical detail, but some details really matter. Some details provide windows into uncharted realms of reality, and this peculiar number may be doing just that, as the only approach that's so far made headway to explain it invokes the possibility of other universes -- an idea that naturally emerges from string theory, which takes me to part two: string theory.
여러분은 왜 굳이 이 숫자를 설명해야 하는지 이해하지 못하실 수도 있습니다. 저희와 같은 전문가들에겐 흥미로운 문제일지 몰라도 그 외 사람들에겐 아무런 의미 없는 문제라고 생각하실 수도 있습니다. 물론 이건 전문적인 내용이긴 하지만 동시에 매우 중요한 내용이기도 합니다. 현재까지는 이 숫자를 설명하는 것이 암흑 속에 숨겨진 세상의 이치에 빛을 비출 수 있는 유일한 방법이기 때문입니다. 이 숫자는 다른 우주들의 존재 가능성을 내포하고 있는데 이는 두 번째 부분의 주제인 끈이론에서 도출할 수 있습니다.
So hold the mystery of the dark energy in the back of your mind as I now go on to tell you three key things about string theory. First off, what is it? Well it's an approach to realize Einstein's dream of a unified theory of physics, a single overarching framework that would be able to describe all the forces at work in the universe. And the central idea of string theory is quite straightforward. It says that if you examine any piece of matter ever more finely, at first you'll find molecules and then you'll find atoms and subatomic particles. But the theory says that if you could probe smaller, much smaller than we can with existing technology, you'd find something else inside these particles -- a little tiny vibrating filament of energy, a little tiny vibrating string. And just like the strings on a violin, they can vibrate in different patterns producing different musical notes. These little fundamental strings, when they vibrate in different patterns, they produce different kinds of particles -- so electrons, quarks, neutrinos, photons, all other particles would be united into a single framework, as they would all arise from vibrating strings. It's a compelling picture, a kind of cosmic symphony, where all the richness that we see in the world around us emerges from the music that these little, tiny strings can play.
앞서 말씀드린 암흑에너지의 수수께끼를 염두에 두면서 이제 끈이론에 대한 세 가지 핵심 내용을 말씀 드리겠습니다. 먼저 끈이론이란 무엇일까요? 끈이론은 생전 아인슈타인의 꿈이었던 대통일이론, 즉 만물에 작용하는 모든 힘을 설명할 수 있는 단 하나의 체계를 실현하기 위한 하나의 접근 방법입니다. 끈이론의 핵심 개념은 매우 간단합니다. 여러분이 어떤 물체를 자세히 들여다보면 분자에서 시작해 원자들, 아원자 입자들까지 관찰할 수 있을 것입니다. 하지만 끈이론에 따르면 이보다 더 세부적으로 들어가 현존하는 기술로 관측할 수 없는 수준까지 내려갈 경우 진동하는 가느다란 에너지 줄, 즉 진동하는 끈을 볼 수 있습니다. 바이올린의 줄이 어떻게 진동하느냐에 따라 다른 소리가 나듯이 이 에너지 끈이 어떻게 진동하느냐에 따라 각기 다른 입자들이 탄생합니다. 전자, 쿼크, 뉴트리노, 광자 등 우주의 모든 입자들이 진동하는 끈으로부터 결정되기 때문에 이 입자들에 대한 설명을 단 하나의 체계 아래 통일하는 것이 가능해지는 것입니다. 결국 끈이론에 따르면 우리 주변의 모든 것은 진동하는 미세한 끈에서 탄생한 소리들이 하나 하나씩 모여 거대한 우주 교향곡을 이룬 것이라 할 수 있습니다.
But there's a cost to this elegant unification, because years of research have shown that the math of string theory doesn't quite work. It has internal inconsistencies, unless we allow for something wholly unfamiliar -- extra dimensions of space. That is, we all know about the usual three dimensions of space. And you can think about those as height, width and depth. But string theory says that, on fantastically small scales, there are additional dimensions crumpled to a tiny size so small that we have not detected them. But even though the dimensions are hidden, they would have an impact on things that we can observe because the shape of the extra dimensions constrains how the strings can vibrate. And in string theory, vibration determines everything. So particle masses, the strengths of forces, and most importantly, the amount of dark energy would be determined by the shape of the extra dimensions. So if we knew the shape of the extra dimensions, we should be able to calculate these features, calculate the amount of dark energy.
하지만 이 우아한 대통일이론에도 문제점이 없진 않습니다. 전문가들이 수년간 연구한 결과 우리의 상식에 반하는 어떤 특정 조건을 허용하지 않는 이상 끈이론은 수학적으로 성립될 수 없다는 결론이 나온 것입니다. 그 조건은 바로 공간 차원의 수를 늘리는 것이었습니다. 우리 모두 공간은 3차원이라는 사실을 잘 알고 있습니다. 즉 공간은 높이, 너비, 깊이를 나타내는 세 가지 수로 표현할 수 있습니다. 하지만 끈이론에 따르면 아주 미시적인 공간에선 세 가지 차원 외에 여분차원들이 추가로 존재합니다. 다만 그 차원들이 너무나도 작은 크기로 뭉쳐져 있기 때문에 우리가 감지하지 못하는 것입니다. 이 여분차원들은 우리가 직접 감지할 수는 없지만 진동하는 끈의 진동 형태에는 영향을 미치기 때문에 우리 주변의 모든 것을 간접적으로 결정짓습니다. 끈이론에선 끈의 진동이 모든 것을 결정하기 때문입니다. 결국 여분차원들이 어떤 형태로 뭉쳐져 있는지에 따라 입자의 질량, 힘의 크기, 그리고 암흑에너지의 양이 모두 결정된다는 결론에 도달하게 됩니다. 따라서 여분차원들이 어떻게 뭉쳐져 있는지 알아낸다면 암흑에너지의 양을 수학적으로 도출할 수 있을 것입니다.
The challenge is we don't know the shape of the extra dimensions. All we have is a list of candidate shapes allowed by the math. Now when these ideas were first developed, there were only about five different candidate shapes, so you can imagine analyzing them one-by-one to determine if any yield the physical features we observe. But over time the list grew as researchers found other candidate shapes. From five, the number grew into the hundreds and then the thousands -- A large, but still manageable, collection to analyze, since after all, graduate students need something to do. But then the list continued to grow into the millions and the billions, until today. The list of candidate shapes has soared to about 10 to the 500.
그런데 여기엔 문제가 있습니다. 바로 여분차원들이 뭉쳐진 형태를 정확히 알 수 없다는 것입니다. 우리가 할 수 있는 것은 단지 수학적으로 어떤 형태들이 가능한지 계산해 보는 것 뿐입니다. 이런 개념들이 처음 제시됐을 당시에는 단지 다섯 개의 후보 형태들만이 존재했습니다. 그래서 단순히 하나 하나씩 분석해서 우리 우주의 특성과 일치하는 형태가 존재하는지 알아볼 수 있었습니다. 하지만 시간이 지나면서 다른 후보 형태들이 속속 발견됐고 그 수는 다섯 개에서 수백 개로, 그리고 수백 개에서 수천 개로 늘어났습니다. 다섯 개보다는 훨씬 많은 수였지만 그래도 일일이 분석하는 것이 불가능한 수준은 아니었습니다. 어차피 대학원생들도 일거리가 필요하니까 문제될 것이 없었죠. 그런데 그 후에도 후보 형태들이 계속해서 발견되면서 그 수는 수백 만 개에서 수억 개로 증가했고 오늘날에는 약 10의 500제곱 개의 후보 형태들이 존재하는 것으로 추정되고 있습니다.
So, what to do? Well some researchers lost heart, concluding that was so many candidate shapes for the extra dimensions, each giving rise to different physical features, string theory would never make definitive, testable predictions. But others turned this issue on its head, taking us to the possibility of a multiverse. Here's the idea. Maybe each of these shapes is on an equal footing with every other. Each is as real as every other, in the sense that there are many universes, each with a different shape, for the extra dimensions. And this radical proposal has a profound impact on this mystery: the amount of dark energy revealed by the Nobel Prize-winning results.
이제 어떻게 해야 할까요? 이 어마어마한 수에 압도된 일부 연구자들은 낙담한 나머지 끈이론으로 확고하고 검증 가능한 예측을 하는 것은 불가능하다고 생각하게 됐습니다. 하지만 다른 연구자들은 생각을 뒤집어 다중우주의 가능성을 제기하기 시작했습니다. 이들은 이 수많은 후보 형태들 하나 하나가 모두 대등하다고 생각했습니다. 여분차원이 다르게 뭉쳐진 우주들이 여러 개 있다고 생각하면 단 하나의 '진짜'가 존재하는 것이 아니라 모든 형태들이 '진짜'고 실제로 존재한다는 것입니다. 이는 암흑에너지의 수수께끼를 풀기 위한 노력에 큰 영향을 미쳤습니다.
Because you see, if there are other universes, and if those universes each have, say, a different shape for the extra dimensions, then the physical features of each universe will be different, and in particular, the amount of dark energy in each universe will be different. Which means that the mystery of explaining the amount of dark energy we've now measured would take on a wholly different character. In this context, the laws of physics can't explain one number for the dark energy because there isn't just one number, there are many numbers. Which means we have been asking the wrong question. It's that the right question to ask is, why do we humans find ourselves in a universe with a particular amount of dark energy we've measured instead of any of the other possibilities that are out there?
만약 우리가 알고 있는 우주 외에 다른 우주들이 존재하고 각 우주에 대해 여분차원들이 다른 형태로 뭉쳐져 있다면 각 우주의 물리적 특징 또한 다르게 나타날 것이고 각 우주에서 관측되는 암흑에너지의 양 또한 다르게 나타날 것이기 때문입니다. 이렇게 생각하면 암흑에너지의 양을 설명하는 문제는 기존에 생각했던 문제와 전혀 다른 양상을 띠게 됩니다. 이렇게 생각하면 왜 암흑에너지의 양이 특정 값을 가지고 있는지에 대한 해답은 존재할 수 없습니다. 암흑에너지의 양에는 특정 값만 있는 것이 아니라 다양한 값들이 존재하기 때문입니다. 이는 즉 우리가 여태까지 잘못된 질문을 묻고 있었다는 것을 의미합니다. 우리가 물었어야 할 올바른 질문은 왜 우리가 이 우주에서 태어났는지, 즉 암흑에너지의 양이 다르게 나타나는 수많은 우주들 가운데에서 왜 하필 지금 우리가 살고 있는 이 우주에서 태어났냐는 것입니다.
And that's a question on which we can make headway. Because those universes that have much more dark energy than ours, whenever matter tries to clump into galaxies, the repulsive push of the dark energy is so strong that it blows the clump apart and galaxies don't form. And in those universes that have much less dark energy, well they collapse back on themselves so quickly that, again, galaxies don't form. And without galaxies, there are no stars, no planets and no chance for our form of life to exist in those other universes.
이 질문에 대한 대답은 존재합니다. 암흑에너지의 양이 우리 우주보다 훨씬 더 많은 우주에선 암흑에너지의 밀어내는 힘이 너무나도 강해 물질이 한곳으로 뭉쳐지지 못합니다. 물질이 뭉쳐지지 못하면 당연히 은하도 형성되지 못합니다. 한편 우리 우주보다 훨씬 더 적은 양의 암흑에너지를 가진 우주는 빠른 속도로 붕괴하기 때문에 역시 은하가 형성되지 못합니다. 은하가 없으면 별과 행성도 존재할 수 없습니다. 따라서 암흑에너지의 양이 우리 우주보다 훨씬 더 크거나 적은 우주에선 우리와 같은 특성을 지닌 생명체가 존재할 수 없는 것입니다.
So we find ourselves in a universe with the particular amount of dark energy we've measured simply because our universe has conditions hospitable to our form of life. And that would be that. Mystery solved, multiverse found. Now some find this explanation unsatisfying. We're used to physics giving us definitive explanations for the features we observe. But the point is, if the feature you're observing can and does take on a wide variety of different values across the wider landscape of reality, then thinking one explanation for a particular value is simply misguided.
결국 우리가 이 우주에 존재하는 이유는 이 우주가 지닌 암흑에너지의 양이 우리와 같은 생명체를 수용하기에 딱 적절하기 때문입니다. 이런 식으로 설명하면 암흑에너지에 대한 수수께끼는 풀린 것이 됩니다. 물론 이런 설명에 만족하지 못하는 이들도 있습니다. 우리가 관측하는 특성들은 물리학을 통해 확고히 설명되어야 하는데 이 설명은 그렇지 못하기 때문입니다. 하지만 이는 지금 우리가 하고 있는 얘기의 요점이 아닙니다. 중요한 것은 우리가 어떤 특성을 관찰했을 때 그 특성에 대해 여러 값들이 관측될 경우 그 여러 가지 값들 중 어떤 특정한 값만 설명하려 하는 것은 잘못된 접근이라는 것입니다.
An early example comes from the great astronomer Johannes Kepler who was obsessed with understanding a different number -- why the Sun is 93 million miles away from the Earth. And he worked for decades trying to explain this number, but he never succeeded, and we know why. Kepler was asking the wrong question.
이는 요하네스 케플러의 사례를 통해 확인할 수 있습니다. 케플러는 지구가 왜 태양으로부터 9천 3백 만 마일 떨어진 곳에 있는지 알고 싶어했습니다. 케플러는 이 숫자의 의미를 설명하기 위해 수십 년의 세월을 보냈습니다. 하지만 결국에는 실패했죠. 오늘날 우리는 케플러가 왜 실패했는지 잘 알고 있습니다. 케플러는 잘못된 질문을 묻고 있었던 것입니다.
We now know that there are many planets at a wide variety of different distances from their host stars. So hoping that the laws of physics will explain one particular number, 93 million miles, well that is simply wrongheaded. Instead the right question to ask is, why do we humans find ourselves on a planet at this particular distance, instead of any of the other possibilities? And again, that's a question we can answer. Those planets which are much closer to a star like the Sun would be so hot that our form of life wouldn't exist. And those planets that are much farther away from the star, well they're so cold that, again, our form of life would not take hold. So we find ourselves on a planet at this particular distance simply because it yields conditions vital to our form of life. And when it comes to planets and their distances, this clearly is the right kind of reasoning. The point is, when it comes to universes and the dark energy that they contain, it may also be the right kind of reasoning.
우리 우주에는 항성으로부터 거리가 천차만별인 다양한 행성들이 존재합니다. 이 수많은 행성들 중에서 왜 하필 지구가 태양으로부터 9천 3백 만 마일 떨어져 있는가를 묻는 것은 아무런 의미가 없는 것입니다. 우리가 물어야 할 올바른 질문은 우리가 왜 다른 수많은 가능성 중에서 태양으로부터 9천 3백 만 마일 떨어진 곳에 존재하게 됐느냐는 것입니다. 이에 대한 해답은 구할 수 있습니다. 지구보다 태양에 더 가까운 행성은 너무 뜨거워서 우리와 같은 생명체가 존재할 수 없습니다. 마찬가지고 지구보다 태양에서 더 멀리 떨어진 행성은 너무 춥기 때문에 우리와 같은 생명체가 살 수 없습니다. 우리가 지구에 존재하는 이유는 단순히 지구의 환경이 우리와 같은 생명체를 수용하기에 딱 알맞은 조건이기 때문입니다. 행성과 그 위치를 설명하는데에는 이러한 논증이 올바릅니다. 마찬가지로 우주와 암흑에너지의 양을 설명하는데에도 이러한 논증이 올바를지도 모릅니다.
One key difference, of course, is we know that there are other planets out there, but so far I've only speculated on the possibility that there might be other universes. So to pull it all together, we need a mechanism that can actually generate other universes. And that takes me to my final part, part three. Because such a mechanism has been found by cosmologists trying to understand the Big Bang. You see, when we speak of the Big Bang, we often have an image of a kind of cosmic explosion that created our universe and set space rushing outward.
다만 한 가지 다른 점이라면 우리는 이 우주 안에 다른 행성들이 존재한다는 사실을 확실하게 알고 있지만 다른 우주들의 존재 가능성은 그저 추측일 뿐이라는 점입니다. 종합하자면 우리에게는 사실상 다른 우주들을 생성시키는 하나의 메카니즘이 필요합니다. 이는 제가 마지막으로 얘기할 주제와 연관 있습니다. 왜냐하면 우주학자들은 대폭발이론을 이해하기 위해 이 메카니즘을 알아냈기 때문입니다. 대폭발이론에 대해 얘기할 때 우리는 보통 커다란 폭발과 함께 우리 우주가 탄생하면서 공간이 바깥으로 뻗어나가는 모습을 상상합니다.
But there's a little secret. The Big Bang leaves out something pretty important, the Bang. It tells us how the universe evolved after the Bang, but gives us no insight into what would have powered the Bang itself. And this gap was finally filled by an enhanced version of the Big Bang theory. It's called inflationary cosmology, which identified a particular kind of fuel that would naturally generate an outward rush of space. The fuel is based on something called a quantum field, but the only detail that matters for us is that this fuel proves to be so efficient that it's virtually impossible to use it all up, which means in the inflationary theory, the Big Bang giving rise to our universe is likely not a one-time event. Instead the fuel not only generated our Big Bang, but it would also generate countless other Big Bangs, each giving rise to its own separate universe with our universe becoming but one bubble in a grand cosmic bubble bath of universes.
그런데 여기엔 비밀이 숨겨져 있습니다. 바로 대폭발이론에는 폭발 부분에 대한 얘기가 전혀 없다는 것입니다. 대폭발이론은 폭발 이후 우주가 어떤 변화를 거쳤는지에 대해 설명하지만 대폭발 자체가 어떻게 일어났는지에 대해선 설명하지 못합니다. 대폭발에 대한 설명은 대폭발이론을 개선시킨 급팽창이론이 등장하면서 비로소 가능해졌습니다. 급팽창이론에 의하면 공간이 바깥으로 팽창되는 데에는 특별한 연료가 사용됩니다. 이 연료는 양자장이라는 것을 기반으로 하고 있는데 그 효율성이 엄청나게 높아서 이 연료를 전부 써버리는 것은 사실상 불가능합니다. 이는 대폭발이 우리 우주에 한해 일어난 일회적인 사건이 아닐 가능성이 높다는 것을 의미합니다. 즉 고갈되지 않는 연료로부터 수없이 많은 대폭발들이 발생하고 각각의 대폭발은 새로운 우주의 탄생으로 이어진다는 것입니다. 거품 목욕에 비유하면 우리 우주는 거대한 거품 덩어리 중 단 하나의 거품에 불과합니다.
And now, when we meld this with string theory, here's the picture we're led to. Each of these universes has extra dimensions. The extra dimensions take on a wide variety of different shapes. The different shapes yield different physical features. And we find ourselves in one universe instead of another simply because it's only in our universe that the physical features, like the amount of dark energy, are right for our form of life to take hold. And this is the compelling but highly controversial picture of the wider cosmos that cutting-edge observation and theory have now led us to seriously consider.
이제 이 개념을 끈이론과 결합시키면 다음과 같은 모습을 연상할 수 있습니다. 각각의 우주는 서로 다른 형태로 뭉친 여분차원들을 가지고 있습니다. 이로 인해 각 우주는 서로 다른 물리적 특성을 지닙니다. 우리가 다른 우주가 아닌 이 우주에 존재하는 이유는 암흑에너지의 양과 같은 우리 우주의 물리적 특성들이 우리와 같은 생명체를 수용하기에 적합하기 때문입니다. 이것이 바로 오늘날 우리가 알고 있는 우리 우주의 유력한 모델입니다. 이에 대한 논란이 많긴 하지만 최첨단 관측과 이론들을 고려하면 이 모델을 심각하게 받아들이지 않을 수 없습니다.
One big remaining question, of course, is, could we ever confirm the existence of other universes? Well let me describe one way that might one day happen. The inflationary theory already has strong observational support. Because the theory predicts that the Big Bang would have been so intense that as space rapidly expanded, tiny quantum jitters from the micro world would have been stretched out to the macro world, yielding a distinctive fingerprint, a pattern of slightly hotter spots and slightly colder spots, across space, which powerful telescopes have now observed. Going further, if there are other universes, the theory predicts that every so often those universes can collide. And if our universe got hit by another, that collision would generate an additional subtle pattern of temperature variations across space that we might one day be able to detect. And so exotic as this picture is, it may one day be grounded in observations, establishing the existence of other universes.
물론 다른 우주들의 존재를 실제로 확인할 수 있을지에 대한 의문은 여전히 존재합니다. 그래서 이제부터 다중우주의 실체를 확인할 가능성에 대해 한 번 얘기해보겠습니다. 급팽창이론에 대한 근거는 우주 관측을 통해 이미 확보했습니다. 급팽창이론에 따르면 우주 대폭발은 매우 강렬하게 일어났습니다. 공간이 급속히 팽창하면서 미시세계의 양자적 요동이 순식간에 거시적인 크기로 늘어났고 이 과정에서 공간 내에 뜨거운 지점과 차가운 지점들이 독특한 무늬를 만들며 형성됐습니다. 이 무늬는 마치 지문과 같은 것인데 천문학자들은 고성능 망원경을 통해 이 무늬를 실제로 관측하는데 성공했습니다. 또 급팽창이론은 다른 우주들이 존재할 경우 우주끼리 서로 충돌하는 경우도 발생할 수 있다고 예측하고 있습니다. 만약 우리 우주가 다른 우주와 충돌한다면 그 충돌로 인해 우주 공간에 미묘한 온도 변화가 발생하게 되는데 어쩌면 그 변화를 감지해 다중우주의 존재를 확인할 수 있을지도 모릅니다. 지금은 이런 이야기가 그저 신기한 이론에 불과하지만 언젠가는 관측을 통해 다른 우주의 존재가 실제로 입증될 수 있을지도 모릅니다.
I'll conclude with a striking implication of all these ideas for the very far future. You see, we learned that our universe is not static, that space is expanding, that that expansion is speeding up and that there might be other universes all by carefully examining faint pinpoints of starlight coming to us from distant galaxies. But because the expansion is speeding up, in the very far future, those galaxies will rush away so far and so fast that we won't be able to see them -- not because of technological limitations, but because of the laws of physics. The light those galaxies emit, even traveling at the fastest speed, the speed of light, will not be able to overcome the ever-widening gulf between us. So astronomers in the far future looking out into deep space will see nothing but an endless stretch of static, inky, black stillness. And they will conclude that the universe is static and unchanging and populated by a single central oasis of matter that they inhabit -- a picture of the cosmos that we definitively know to be wrong.
마지막으로 앞서 설명드렸던 것들이 먼 미래에 대해 무엇을 시사하는지 이야기를 하며 강연을 마치겠습니다. 우리는 먼 은하에서 오는 별빛들을 관측함으로써 우리 우주가 정적이 아니라 실제로는 팽창하고 있다는 사실을 발견했습니다. 또 그 팽창 속도가 점점 빨라지고 있고 우리 우주 외에 다른 우주들이 존재할 수 있다는 점도 확인했습니다. 우주의 팽창이 점점 더 빨라지면서 은하들도 점차 더 멀어지고 있습니다. 때문에 먼 미래에는 다른 은하들을 더 이상 관측할 수 없게 될 것입니다. 이는 기술이 부족해서가 아니라 우주를 지배하는 물리적 법칙을 거스를 수 없기 때문입니다. 다른 은하들로부터 오는 빛은 아무리 빨라도 속도의 한계가 존재하기 때문에 끊임없이 늘어나는 공간의 팽창 속도를 극복할 수 없습니다. 때문에 먼 미래의 천문학자들은 우주를 바라볼 때 정적이고 칠흑 같은 어둠 밖에 보지 못할 것이고 결국엔 우주가 정적이고 불변할뿐만 아니라 우주의 모든 물질이 한 곳에 모여있다는 결론을 내릴 것입니다. 우리는 당연히 틀리다고 알고 있는 것을 미래의 천문학자들은 사실로 믿게 되는 것입니다.
Now maybe those future astronomers will have records handed down from an earlier era, like ours, attesting to an expanding cosmos teeming with galaxies. But would those future astronomers believe such ancient knowledge? Or would they believe in the black, static empty universe that their own state-of-the-art observations reveal? I suspect the latter. Which means that we are living through a remarkably privileged era when certain deep truths about the cosmos are still within reach of the human spirit of exploration. It appears that it may not always be that way. Because today's astronomers, by turning powerful telescopes to the sky, have captured a handful of starkly informative photons -- a kind of cosmic telegram billions of years in transit. and the message echoing across the ages is clear. Sometimes nature guards her secrets with the unbreakable grip of physical law. Sometimes the true nature of reality beckons from just beyond the horizon.
물론 현재의 우리와 마찬가지로 먼 미래의 천문학자들도 이전 세대로부터 내려오는 자료들을 통해 은하들로 가득차고 동적으로 팽창하는 우주의 모습을 접할 수 있을지 모릅니다. 하지만 미래의 천문학자들이 고대의 자료를 그대로 믿을까요, 아니면 그들의 최첨단 기기를 통해 관측한 정적이고 텅텅 비어 있는, 시커먼 우주를 사실로 받아들일까요? 저는 후자라고 생각합니다. 즉, 오늘날 우리는 탐험을 통해 우주의 진실을 파헤칠 수 있는, 축복받은 시대를 살아가고 있지만 이러한 특혜를 우리가 언제까지나 누리지는 못할 것입니다. 이 시대의 천문학자들은 강력한 망원경으로 하늘을 바라보며 마치 전보처럼 수십 억 년 전 우주의 모습을 그대로 간직한 채 지구를 향해 날아오는 빛들을 포착했습니다. 수많은 세월을 거쳐 날아온 이 메시지들이 우리에게 시사하는 바는 명확합니다. 자연은 때때로 물리 법칙 뒤에 자신의 비밀들을 숨겨 놓는다는 것입니다. 진실의 일부는 그 모습을 드러내지 않은 채 수평선 너머에서 우리에게 신비로움의 대상이 될 것입니다.
Thank you very much.
감사합니다.
(Applause)
(박수)
Chris Anderson: Brian, thank you. The range of ideas you've just spoken about are dizzying, exhilarating, incredible. How do you think of where cosmology is now, in a sort of historical side? Are we in the middle of something unusual historically in your opinion?
크리스 앤더슨: 그린 박사님 감사합니다. 강연하신 내용은 정말 믿기 힘들 정도로 대단했습니다. 한 가지 질문이 있는데요. 역사적인 관점에서 봤을 때 현재 우주론이 어디쯤 와 있다고 보십니까? 현재의 우주론이 과거와 차별되는 특별한 단계에 도달했다고 보십니까?
BG: Well it's hard to say. When we learn that astronomers of the far future may not have enough information to figure things out, the natural question is, maybe we're already in that position and certain deep, critical features of the universe already have escaped our ability to understand because of how cosmology evolves. So from that perspective, maybe we will always be asking questions and never be able to fully answer them.
브라이언 그린: 글쎄요. 좀 어려운 질문이네요. 미래의 천문학자들이 정보가 부족해 우주에 대한 정확한 그림을 그리지 못할 것이란 사실을 깨닫게 됐을 때 자연히 지금 우리도 그런 단계에 있는 것은 아닌지 의문이 들 수 밖에 없었습니다. 우주가 진화하는 방식 때문에 아무리 노력해도 우주의 핵심적 원리를 깊이 있게 이해할 수 없는 것은 아닌가하는 의문이 들었죠. 그런 관점에서 봤을 때 어쩌면 우리는 끊임없이 질문을 던지면서도 그에 대한 해답을 완전하게 얻지는 못할지도 모릅니다.
On the other hand, we now can understand how old the universe is. We can understand how to understand the data from the microwave background radiation that was set down 13.72 billion years ago -- and yet, we can do calculations today to predict how it will look and it matches. Holy cow! That's just amazing. So on the one hand, it's just incredible where we've gotten, but who knows what sort of blocks we may find in the future.
반면 우리는 우주의 나이가 어느 정도 되는지 계산하는데 성공했고 137억 년 전에 생성된 마이크로 배경복사가 어떤 모습일지 예측해 실제로 그 예측이 사실임을 입증했습니다. 이건 엄청 놀라운 일입니다. 그래서 한편으론 우리가 여기까지 온 것만으로도 정말 굉장하다는 생각이 들지만 미래에 또 어떤 일들이 펼쳐질지는 아무도 모르는 일이죠.
CA: You're going to be around for the next few days. Maybe some of these conversations can continue. Thank you. Thank you, Brian. (BG: My pleasure.)
크리스 앤더슨: 앞으로 며칠간 더 계실테니 관련된 얘기를 더 할 수 있을지도 모르겠습니다. 다시 한 번 감사드립니다. (그린: 제가 영광입니다)
(Applause)
(박수)