우주는 모든 것을 기억한다? 암흑물질 설명하는 충격 이론

암흑물질과 암흑에너지, 블랙홀 정보 역설까지 ‘우주 기억’ 이론으로 설명할 수 있다는 주장이 나왔다. 우주는 단순히 팽창하고 변화하는 공간이 아니라 모든 사건을 기억하는 거대한 저장소일 수 있다는 것이다.

우주는 모든 것을 기록하고 있을까

현대 물리학은 크게 아인슈타인의 일반상대성이론과 양자역학 위에 세워져 있다. 하지만 두 이론은 블랙홀이나 우주의 기원 같은 극단적 상황에서는 서로 충돌한다.

연구진은 이를 해결하기 위해 ‘양자 기억 매트릭스(QMM)’라는 새로운 틀을 제안했다. 핵심 아이디어는 물질이나 에너지보다 정보가 더 근본적이라는 것이다.

이 이론에서 시공간은 연속적인 공간이 아니라 아주 작은 세포들로 이루어져 있다. 각각의 시공간 세포는 입자의 이동이나 전자기력, 핵력 같은 상호작용의 흔적을 기록한다. 다시 말해 우주는 단순히 변하는 것이 아니라 자신에게 일어난 일을 기억한다는 것이다.

이 개념은 오랫동안 물리학자들을 괴롭혀 온 블랙홀 정보 역설에도 적용된다. 상대성이론에 따르면 블랙홀에 떨어진 정보는 사라진다. 하지만 양자역학은 정보가 절대로 완전히 소멸할 수 없다고 말한다.

연구진은 블랙홀 주변 시공간이 물질의 흔적을 저장하기 때문에 블랙홀이 사라져도 정보는 우주의 기억 속에 남아 있을 수 있다고 설명했다.

암흑물질과 암흑에너지의 정체도 설명할 수 있을까

연구진은 더 나아가 시공간의 형태가 질량과 에너지뿐 아니라 정보의 분포에도 영향을 받는다고 주장했다.

모형 계산 결과 시공간에 축적된 정보의 흔적들이 중력에 의해 뭉치면서 은하의 운동을 설명하는 암흑물질처럼 행동할 수 있는 것으로 나타났다. 즉 새로운 입자를 가정하지 않아도 암흑물질 현상을 설명할 가능성이 있다는 것이다.

암흑에너지 역시 시공간의 기억 용량과 관련될 수 있다. 시공간이 더 이상 새로운 정보를 저장하지 못할 정도로 포화되면 남은 정보가 일종의 잔여 에너지로 작용하는데, 이것이 우주의 팽창을 가속하는 암흑에너지와 같은 수학적 형태를 보인다고 연구진은 설명했다.

또한 연구진은 우주가 한 번만 탄생한 것이 아니라 팽창과 수축을 반복하는 순환 우주일 가능성도 제시했다. 계산에 따르면 현재 우주는 이미 3~4번의 순환을 거쳤으며 앞으로도 몇 차례 더 반복될 수 있다는 것이다. 이 경우 우주의 실제 나이는 현재 추정되는 138억 년보다 훨씬 긴 약 620억 년이 된다.

다만 이 이론은 아직 초기 단계의 가설이다. 일부 연구는 동료 심사를 진행 중이며 암흑물질과 암흑에너지를 설명하는 기존 관측 결과들과 얼마나 일치하는지에 대한 추가 검증도 필요하다. 그럼에도 연구진은 우주를 거대한 기억 저장소이자 양자 컴퓨터로 바라보는 새로운 관점이 물리학의 오래된 수수께끼를 푸는 단서가 될 수 있다고 기대하고 있다.

성치훈 기자 / hello@sciencewave.kr

출처: ScienceDaily, “Could cosmic memory explain dark matter, dark energy, and black holes?”