이게 왜 가능한 것이냐 하면, 어떤 공간에서 모든 질량과 에너지를 제거하고 나면, 우리의 직관에 따르면 그 공간에는 아무것도 없어야 하잖아요? 근데 실제로는 그렇지가 않아요. '무' 의 공간에서는 양자 요동으로 인해서 끊임없이 입자들이 생성되고 또 사라집니다. 그래서 우리의 직관 기준으로 아무것도 없는 공간이라 할지라도 실제로는 질량이 있고, 따라서 '무' 라는 것은 그냥 개념일 뿐이에요. '무' 라는 것은 양자 요동으로 인해서 불가능한 겁니다. 지난 수천 년간 철학자들이 말장난한 거지요. [주: 양자 요동은 하이델베르크의 불확정성 원리에 따라서 일어납니다. 저도 전공이 아닌지라 제대로 이해하는 것은 아니지만, 불확정성 원리라는 게 위치와 속도의 곱은 절대로 정확히 알 수 없다는 거잖아요? 마찬가지 원리가 에너지와 시간의 곱에 대해서도 성립합니다. 즉, 극히 짧은 시간 동안이라면 에너지 보존 법칙이 깨어질 수 있다는 거지요. 따라서 빈 공간이라 할지라도 극히 짧은 시간 동안 에너지와 질량이 나타났다가 사라질 수 있는 것이고, 극히 짧은 시간동안만 나타나지만 그 놈들이 또 나타나고 또 나타나고 하기 때문에 우리 거시 세계에 실제로 큰 영향을 끼칩니다] 하나 예를 들어볼까요? 여기 이 애니메이션 있지요? 이거 양성자 속의 빈 공간의 양자 요동을 시뮬레이션한 겁니다. 빈 공간이요. 빈 공간인데 그 속에서 양자 요동이 저 난리를 치고 있습니다. 여러분 양성자가 쿼크의 집합인 거 알고 있지요? 그 쿼크의 질량을 다 합해도 양성자 질량의 10% 정도인 거 아시나요? 나머지 90% 는 어디서 올까요? 여기 보시는 양자 요동으로 인해 발생합니다. 즉, 당신 질량의 90% 는 '무' 혹은 '빈 공간' 에서 발생하는 양자 요동의 결과물이에요.


- 23:08 ~ 29:00 -

[주: 양성자 속의 진공과 우주 공간의 진공은 양자 요동의 빈도가 다릅니다. 그렇기 때문에 앞에서 보여준 애니메이션의 결과를 직접 적용할 수는 없다는 얘기를 한참 한 후, 이 부분으로 넘어옴] 자 그럼 진공 상태가 가진 질량이 우주에 미치는 영향을 한번 볼까요? 우주의 질량을 직접 재 보는 거지요. 자 보세요, 일반 상대성 이론에 따르면 우주는 세 가지 모양 중 하나를 가져야 해요. 열린 우주, 닫힌 우주, 평평한 우주가 그것이지요. 3차원 공간의 휨은 제가 그릴 깜냥이 안되고 그냥 2차원 공간의 휨을 보면서 얘기합시다. 닫힌 우주는 우주의 질량이 임계점을 넘은 것인데, 이런 우주는 언젠가는 팽창을 멈추고 수축해서 빅 크런치로 종말을 맞이해야 합니다. 열린 우주는 질량이 불충분해서 영원히 팽창해 나가는 거지요. 평평한 우주는 질량이 앞의 두 경우의 중간인 경우인지라, 팽창이 늦어는 지되 멈추진 않습니다.

자 그럼 우주의 질량을 측정했던 첫 번째 시도를 볼까요? 외우주의 은하계들은 어마어마한 질량을 가지고 있고, 그로 인해서 빛을 휘어지게 만듭니다. 이것을 중력 렌즈 효과라고 불러요. 이 중력 렌즈 효과를 관찰함으로써 우리는 은하계들이 가진 질량을 대충 알 수 있게 됩니다. 근데 이 효과를 이용해서 본격적으로 우주의 질량을 재기 시작해보니, 정말 무거운 놈들은 은하계에 있는 게 아니라 그 사이사이에 있다는 것을 알게 되었어요. 우리 눈에는 아무것도 보이지 않는 데 말이죠. 이 놈들 - 빈 공간에 존재하는 미스테리한 질량 - 을 우리는 Dark Matter 라고 부릅니다. 이 Dark Matter 는 우리 우주의 전체 질량 중 90% 를 차지해요. [주: 이 Dark Matter 는 양자 요동과는 조금 다른 현상이라고 알고 있는데, 지식이 짧아서 이해를 포기 ㅠ.ㅠ]


- 30:30 ~ 31:40 -

하여튼, Dark Matter 까지 고려해서 우주의 질량을 재 보니, 현재 우주의 팽창 속도에 비교해볼 때 우리 우주의 질량은 평평한 우주가 성립하기 위해 필요한 질량의 약 30% 밖에 되지 않는다는 결론이 나왔어요. 즉, 우리 우주는 열린 우주라는 결론이 나온 거지요. 많은 물리학자는 이 결론을 마음에 들어 하지 않았어요. 왜냐고요? 왜냐하면, 우리 우주는 평평해야 하거든요. 왜냐고요? 왜냐하면, 평평한 우주만이 그 우주의 총 에너지가 0 이기 때문이에요. 일반 상대성 이론에서 질량은 양의 에너지를 지니지만 중력은 음의 에너지를 지닙니다. 따라서 빅뱅 시점에 질량과 초기 속도를 잘 조합하면 총 에너지 0 인 상태에서 빅뱅을 일으킬 수 있습니다. 즉, 오직 평평한 우주만이 '무' 에서 양자 요동으로 인해 '그냥' 시작할 수 있는 우주에요. 저 같은 무신론자들은 우주가 창조자의 개입 없이 시작되었다고 믿는 사람들이고, 제 생각이 맞으려면 우주는 평평해야 해요. 근데 이런 빌어먹을 실험 쟁이들이 질량이 30% 라는 빌어먹을 결과를 가져온 거지요.


- 32:00 ~ 39:30 -

근데 이 실험 쟁이들은 사실 우주가 평평한 지 열렸는지 그 휘어짐을 측정한 게 아니라, 중력렌즈 효과를 이용해서 질량을 쟀을 뿐이잖아요? 그래서 차라리 우주의 휘어짐을 직접 측정해보자는 얘기가 나왔습니다. 근데 우주 바깥으로 나가지도 않을 거면서 우주의 휘어짐을 어떻게 재겠습니까...?? 근데 음하하하 현대 과학은 이런 게 가능해요! 이 실험의 아이디어는 다음과 같아요. 당신이 평평한 면에 삼각형을 그리면 그 내각의 합은 180 도일 거에요 그렇죠? 근데 지구의 북극과 적도를 잇는 거대한 삼각형을 그리면 내각의 합은 270 도가 되지요. 즉, 공간의 휘어짐은 삼각형 내각의 합에 영향을 끼칩니다. 따라서, 관측 가능한 우주의 가장 끝에 삼각형을 그리고, 그 꼭짓점들에서 내각을 잰 뒤 그것을 합해보면 우리 우주의 휘어짐을 역산할 수가 있는 거지요. 우리는 그래서 우주의 배경 복사 지점에서 관측되는 초기 우주의 질량 덩어리들 간에 선을 그었어요. 그리고 그 각도를 재었지요. [주: 우와아아앙????? 이해를 포기했습니다. 그냥 그런가 보다 합니다]  그래서 역산해서 계산한 우주의 휘어짐을 보니 우리 우주는 어땠게요? 빙고. 평평한 우주, 즉 총 에너지가 0 인 우주, '무' 에서 시작할 수 있는 우주였습니다. 사실 '무' 에서 시작할 수 있는 정도가 아니라, 양자 요동은 언제나 존재하는 것이니 우리 우주는 '무' 에서 시작할 수밖에 없는 우주인 거지요.

[주: 나머지는 기하학적 관측으로 결정된 평평한 우주와 질량 측정으로 결정한 열린 우주라는 결론 간의 모순에 대한 이야기입니다. 이 모순을 해결하는 것이 요즘 뜨는 Dark Energy 라는 개념이고, 이 개념이 사실이려면 우주의 팽창 속도는 증가하고 있어야 하고, 실제로 측정해봤더니 과연 그랬다는 것이 결론입니다.]


- 41:30 ~ 42:30 -

이 이야기를 통해서 우리는, 우리가 그동안 상상한 것보다도 더 보잘것없는 존재라는 사실을 알게 됩니다. 우주는 30% 의 Dark matter, 70% 의 Dark energy 로 되어 있고 우리가 관측할 수 있는 별과 은하계는 우주에 존재하는 것 중에서 1% 도 안 돼요. 이 우주는 우리를 위해서 존재하는 게 아니에요.

[주: 나머지는 종교에 대한 공격이네요. 제 관심사가 아니니까 패스]

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이 동영상은 한 시간이라는 짧은 시간에 너무 많은 이야기를 하다 보니 중간 중간에 구멍도 많고 일견 앞뒤가 맞지 않아 보이는 부분들도 많습니다. 예를 들어서, 평평한 우주는 팽창 속도가 줄어들어야 한다고 해놓고 나중에는 우리 우주는 평평한 우주지만 팽창 속도가 늘어나고 있다고 말한 부분이 그렇지요. 이런 부분은 다만 모순이나 오류는 아니고, 나중의 이야기가 앞의 이야기를 넘어서는 경우입니다. 해당 이야기는 책을 읽어보시면 조금 더 명확하게 이해하실 수 있습니다.

물질이 존재하지 않는 빈 공간에서 양자 요동을 통해 우주가 시작할 수 있다는 크라우스의 이야기 - 이건 사실 크라우스가 시작한 이야기는 아니고, 1973 년에 처음 제안된 이론입니다 - 가 사실이라고 하더라도 종교인들은 '빈 공간은 '무' 가 아니다' 라는 말로 반격할 수 있습니다. 현대 양자 역학 전공자들 간에서는 빈 공간도 없는 상태에서 양자 요동을 통해 공간과 시간이 생겨날 수 있다는 가설을 제시하고 있는데, 설령 이것이 사실로 밝혀지더라도 종교인들은 '양자 요동이 가능한 상태는 '무' 가 아니다' 라는 말로 반격할 수 있겠지요. 해서 크라우스가 바라는 '과학을 통해서 종교를 반증한다' 라는 목표는 아마 단시간 내에 성취할 수는 없을 겁니다. 다만 무신론자/유물론자 캠프에 속한 사람들이 가진 의문 - 왜 우주가 존재하는가? 왜 '무' 가 아니라 '유' 의 상태가 존재하는가? - 라는 질문에 대해서는 꽤나 설득력 있는 이야기라고 생각합니다.

그럼 즐거운 하루 되십시오.