우주모델을 두개로 나눠보자면


1. 무한한 우주

2. 유한한 우주



1. 만약 우주가 공간적으로 무한하다면?


여기서 또 두 가지로 나뉘는데, (제 4의 축의) 곡률이 0인 경우와 음수인 경우임.

두 경우에서는 어떠한 방향으로든 끝없이 나아갈 수 있고, 따라서 같은 공간계상에 존재하는 모든 상태가 존재 가능하고, 물리적으로 가능한 모든 사건과 상태가 무한히 반복됨.



2. 만약 우주가 공간적으로 유한하다면?


두가지로 나뉘는데, 3차원 구(4차원 공간상 구) 혹은 토러스 구조임.

두 구조 모두 부피가 유한하고, 특정 방향으로 충분히 멀리 이동하면 다시 원점으로 돌아옴.

3차원 구는 곡률이 양수인 경우이고, 토러스 구조는 곡률이 0인 경우임.


우주배경복사상에서는 곡률이 0이거나 0에 극도로 가깝다고 추측되므로 곡률이 0인 평탄한 우주 이론이 주류긴 한데, 오차범위상에서 곡률이 충분히 양수거나 음수일 수 있음.



여기서 우주가 공간적으로 유한했을 때 외부가 존재할 수 있는지를 따져본다고 하면:


우주를 비어있는 거대한 방같은 곳에서 커지는 풍선 내부로 오해할 수 있음.

하지만 현대물리학에서 우주라는 것은 공간 그 자체기에 애초에 개념적으로 외부라는 개념이 성립 불가능함.

우주가 유한하다는 건 공간이라는 자원 자체가 한정됐다는거지 바깥에 빈 공간이 더 있다는 뜻이 아님.

2차원 구(3차원 공간 상 구)로 옮긴다면, 지구 표면은 유한하지만 지구 표면을 벗어난 '바깥쪽 표면'이라는 것 자체가 존재하지 않는것과 같음.


하지만 다중우주론에서 외부를 도입할 수 있는데, 다중우주론에서는 우리 우주가 더 높은 차원의 공간에 떠있는 하나의 무언가라면 우리의 공간이 유한하더라도 그 너머에 다른 우주가 존재하는 고차원적 외부가 존재 가능할 수 있다고 봄.

하지만 이 경우에는 외부라는 것은 우리가 인식하는 3차원적 공간과는 전혀 다른 층위의 개념임.



그렇다면 팽창의 의미란?


팽창은 무한하든 유한하든 곡률이 어떠하든 공간 자체가 늘어나 지점 간의 거리가 멀어지는 현상을 의미함.

유한하고 곡률이 양수인 모델에서 2차원 구인 풍선으로 비유하자면, 풍선을 불 때 '표면적'이 넓어지는 것과 같음. 이걸 그대로 3차원 구로 가져오면 됨.



만약 우주가 가속팽창한다면?


두 가지 시나리오가 존재하는데 빅 프리즈, 빅 립임.

빅 프리즈는 우주가 영원히 팽창하며 밀도가 낮아지고, 바리온의 물리적 거리 자체가 멀어져 새로운 천체 형성이 힘들어지고, 블랙홀조차 호킹 복사를 거쳐 증발한다는 이론임.

모든 고립계의 엔트로피는 항상 증가하는 방향으로 흐르므로 언젠가 엔트로피가 최대에 달해 열적 죽음에 이른다는 것임.


여기서 하이젠베르크의 불확정성 원리를 가져와서 입자와 반입자가 끊임없이 생성되고 소멸하는 양자 요동이라는 개념을 가져오면, 충분한 시간이 지났을 때 통계적인 우연으로 입자들이 갑자기 한곳에 모여 낮은 엔트로피 상태를 만들 수 있고, 심지어 엔트로피가 최저인 상태도 만들 수 있음(재빅뱅 가능성)

하지만 이러한 확률보다 공간에 갑자기 지성을 가진 뇌 하나가 생성되었다가 사라질 확률이 더 크고, 이러한 것을 볼츠만 두뇌라 함. 나라는 존재 자체가 사실은 볼츠만 두뇌일 수 있음.

우주배경복사의 점들 자체가 우주가 아무런 별, 은하가 존재하지 않는 완벽하게 매끄러운 가스 덩어리가 아니고 양자 요동의 흔적이 팽창과 함께 거시적인 현상으로 나타났다고 볼 수 있음.


빅 립은 우주가 단순히 가속팽창 하는것이 아닌, 팽창 속도가 극도로 빨라질 수 있다는 이론임.

따라서 모든 원자에서 전자와 핵이 극도로 멀어지고, 더 나아가 강력(핵력)보다 팽창속도가 증가하고, 결국에는 어떠한 지점 사이의 거리가 빛보다 빠르게 멀어지면서 어떠한 신호도 전달될 수 없음.


위와같은 가속 팽창은 곡률이 0 이하일 때 훨씬 강력하게 작용함.


이외에도 빅 바운스, 거품우주, 공형 순환 우주, 시뮬레이션 우주 등 우주론은 굉장히 많이 존재하지만 일단 우리는 절대 알 수 없긴 할듯.

그래도 이런거 한번씩 생각해보면 굉장히 재밌긴 함.


뭔가 더 적을 게 있는 것 같긴 한데 피곤해서 일단 여기까지