공상과학(SF) 영화에난 등장할 듯한 ‘평행우주’가 실제로 존재하며 이를 물리학으로 설명할 수 있다고 호주와 미국의 물리학자들이 밝혔다.

호주 그리피스대학 양자동역학센터의 하워드 와이즈먼 교수와 마이클 홀 박사, 그리고 미국 UC데이비스(캘리포니아대학 데이비스캠퍼스)의 더크-안드레 데커트 박사가 이끄는 연구팀은 “평행우주는 서로 간섭하는 동시에 반발해 가면서 성장하고 있다”는 가설을 발표했다.

이런 특성이야 말로 양자역학에서 양자가 여러 위치에 동시에 존재하는 ‘양자 중첩’이나 이를 관측해 하나의 입자로 수렴하는 ‘파동함수의 수축’ 등 양자의 특이 행동을 설명할 수 있다고 연구팀은 말했다.

이런 다중세계 해석은 기존 가설 중 하나인 코펜하겐 해석과 마찬가지로 양자역학에서 유력한 해석으로 여겨진다.

만일 연구팀의 주장대로 ‘다중 간섭 세계’(Many Interacting Worlds: MIW)가 존재한다면, 관측으로 파동함수의 수축을 일으키는 미시세계 즉 하나하나로 나뉜 세계가 존재할 수 있다고 한다.

그렇게 되면 거대 운석의 충돌을 피해 공룡이 멸종하지 않은 세계나 제2차 세계대전이 일어나지 않은 세계, 베를린 장벽이 무너지지 않은 세계, 심지어 당신의 부모가 만나지 못해 당신이 태어나지 않은 세계가 존재할 수 있다는 것이다. 또한 현재 우리 세계와 거의 아무것도 변하지 않았지만, 주변이 조금씩 다른 세계가 존재할 수도 있다.

이에 대해 연구팀은 다음과 같은 세 가지 가설을 내세우고 있다. ①우리가 사는 세계는 엄청난 수의 세계 중 하나에 불과하다. ②모든 세계는 같은 것처럼 현실적이며 그 하나하나에 세분된 상수가 존재한다. ③모든 양자역학적 현상은 우리 세계와 나뉜 ‘근사 세계’ 사이에 발생하는 보편적인 반발력으로 생기는 것이다.

이런 가설의 신빙성은 실험이나 시뮬레이션으로 검증할 수 있다고 연구를 이끈 홀 박사는 말한다.

그는 이런 검증 끝에 만일 세계가 단 하나인 것으로 확인되면 다시 고전역학으로 돌아가게 되지만 수많은 세계가 존재하면 양자역학을 입증하는 것이며 만약 두 경우 모두 아니라면 고전역학이나 양자역학도 아닌 또 다른 원리의 존재를 예측해야 할 것이라고 말했다.

한편 이번 연구논문은 미국 물리학회(APS)가 발행하는 권위 있는 온라인 학술지 ‘피지컬 리뷰 엑스’(Physical Review X)에 게재됐다.

https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.4.041013#authors

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr