글/ 수저(舒哲)
[밍후이왕] 인류는 어디에서 왔을까? 우주는 어떻게 존재하게 됐는가? 이런 질문들은 오랜 시간 인류의 수수께끼였다. 중국 전설에서는 반고(盤古)가 세상을 창조하고 여와(女媧)가 사람을 만들었다고 한다. 성경에서는 여호와가 세상과 인류를 창조했다고 한다. 이렇게 여러 문화권에서는 보편적으로 신이 인간을 창조했다는 설이 있다.
과학자를 포함해 오늘날 많은 사람은 우리 세계가 현대과학으로 전부 설명할 수 없다는 것을 안다. 퓨 리서치 센터(Pew Research Center) 2009년 조사에 의하면, 미국인(일반 대중)의 95%가 어떤 형태의 신이나 고차원의 힘을 믿는 것으로 확인됐다. 과학자 집단에서도 51%에 달했다.
여기에서 우리는 우주의 기원과 그 너머에 대한 여러 과학적 발견들을 탐구하려 한다.
우주의 환생
지난 세기 전반부에, 많은 과학자가 우주의 기원을 설명하기 위해 ‘빅뱅 이론(Big Bang Theory)’을 내세웠다. 이들은 벨기에 천문학자이며 우주론자인 조르주 르메트르, 구소련 물리학자 알렉산드르 프리드만, 미국 천문학자 에드윈 허블, 미국 물리학자 조지 가모프 등이다. 빅뱅 이론에 의하면 우주는 137억 년 전 대폭발 후 팽창한 고온, 고밀도의 특이점에 의해 형성됐다. 빅뱅 이론은 과학계에서 여전히 가장 광범위하게 받아들여진 우주 기원 모델로서, 주 골격은 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 근거로 한다.
빅뱅 이론은 우주가 어떠한 고차원의 힘으로 창조됐다는 개념과 어느 정도 일치한다. 사실 르메트르는 바티칸의 교황 과학아카데미의 수장이었다. 교황 12세는 1951년 11월 교황 과학아카데미에서 빅뱅 이론이 창조론의 천주교 개념과 합치된다고 주장했다.
과학자들은 우주의 기원을 탐구하면서 빅뱅 이론을 계속 수정해왔다. 2010년 노벨상 수상자인 영국 과학자 로저 펜로즈 경이 공형등각 순환 우주론(CCC, conformal cyclic cosmology)을 제안했다. 이는 137억 년 전 대폭발이 우주를 형성한 기원이 아니고, 빅뱅 이전에 우주가 있었고 우주 자체가 환생했다고 주장한다.
우주배경복사 전자파(CMB)를 검출하는 나사의 윌킨슨 전자파 이방성 탐색기(WMAP)의 데이터를 근거로, 펜로즈는 현재 우주의 빅뱅 전에 더 앞선 우주가 존재했었다고 주장한다. 이 데이터는 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 필드 방정식에 일치하기에, 펜로즈는 2010년 ‘시간의 순환: 우주에 대한 특별히 새로운 관점’이라는 책에서 그의 이론을 뒷받침하는 증거로 설명했다.
또한 2010년에 펜로즈와 아르메니아의 수학 물리학자 바헤 구르자댠은 ‘WNAP 데이터의 동심원은 격렬한 빅뱅 이전 활동의 근거가 될 수 있다’라는 제목의 논문을 발표했다. CMB는 이방성(물질 고유의 물성계수들이 물질 내 방향에 따라 그 값들이 변하는 경우)을 가졌다고 광범위하게 인식됐음에도 펜로즈와 구르자댠은 WMAP 데이터의 동심원이 초거대 블랙홀 간의 충돌에 의한 결과라고 주장했다. 게다가 일부 큰 원들은 빅뱅 이전에 발생한 것으로 보았다.
펜로즈와 구르자댠은 논문에서 “공형등각 순환 우주론에서 가장 명확히 관찰된 신호는 우리 우주보다 10억 년 전에 있던 은하단 내에서 발생한 무수한 초거대 블랙홀의 충돌에서 온 것”이라고 주장했다.
더 확장하자면 이것은 불가(佛家)에서 언급한 ‘겁(劫)’과 비슷하다. 한 겁은 10억 년이고 불가에서는 우주의 탄생, 생존, 발전은 긴 주기가 있으며 성주괴멸(成住壞滅)의 단계를 거쳐 계속 반복해 순환한다. 이는 마치 사람이 생로병사를 하는 것과 같으며 윤회하다는 것과 같은 이치다.
‘신의 지문’
폴란드 태생으로 프랑스를 거쳐 미국으로 건너간 브누아 망델브로는 수학적 방법을 경제, 금융, 유체역학, 우주학에 적용한 수학자로 유명하다. 1970년대, 그는 망델브로 집합을 연구하면서 프랙털 이론을 제기했다. 자연계의 모든 물체를 확대해 보면 전체와 닮은 기하학적 형태가 무한히 반복되어 나타난다는 것이다. 이 때문에 망델브로 집합은 ‘신의 지문’으로 불린다.
망델브로 집합은 방정식 ZN+1=(Zn)^2+C로 만들어진다. 여기서 두 변수 Z와 C는 모두 복소수의 집합인데, 컴퓨터에서 수치를 공식에 대입하면 세부적인 형태가 끝없이 처음 모양을 반복하는 기하학적 도형이 나타난다.
망델브로는 1967년 과학학술지 ‘사이언스’에 ‘영국 해안선의 총 길이는 얼마인가?’라는 논문을 기고했다. 이 논문에서 그는 백과사전이나 지도에 표시된 영국 해안선의 길이가 모두 제각각인 이유를 설명했는데, 그것은 측정이 부정확해서가 아니라 영국 해안선의 구불구불한 기하학적인 구조 때문에 측정하는 자의 척도에 따라 다를 수 있다고 밝혔다. 척도를 줄여 더욱 세밀하게 측정할 수록 길이가 늘어난다는 것이다.
망델브로 집합이 발견된 이후, 사람들은 서로 연관성 없어 보이는 사물들이 사실 서로 연관돼 있고 심지어 유사성을 갖고 있음을 알게 됐다. 컴퓨터에서부터 인체의 혈관, 산과 강, 나뭇가지, 나뭇잎, 우주에 이르기까지 서로 매우 비슷한 패턴을 보이고 있다는 것이다.
천문학계와 의학계 발견 “인체 세포는 은하계와 놀라울 정도로 유사”
이러한 발견은 또한 2011년 2월 사이언스지에 ‘집에 천문학자가 있는가?’라는 제목의 논문에 발표된 것처럼 학계 간에 새로운 협력을 촉발시켰다. 하버드 천문학자 알리사 굿맨은 별이 형성되는 막대한 양의 데이터를 시각화하는 데 어려움을 겪고 있을 때, 정교한 의료용 소프트웨어 3D 슬라이서(Slicer)로 데이터를 처리할 수 있고 3차원적 표현이 가능함을 발견했다. 케임브리지 대학 천문학자들도 패스그리드라는 현미경 이미지 분석 소프트웨어를 사용해 은하계, 성운, 별 무리 같은 흐릿하고 희미한 물체를 연구할 수 있었다.
논문에서는 다음과 같이 말했다. “이 프로젝트의 열쇠는 인체 조직 샘플과 우주의 이미지 사이의 놀라운 유사성이다. 정상 조직 속의 암세포를 발견하는 것은 밀집된 항성 무리에서 별을 하나 발견하는 것과 비슷하다.” 이뿐 아니라 하버드대 천문학자들은 천문학 지식을 바탕으로 내과 의사들이 관상동맥을 더 잘 나타내도록 3D 슬라이서를 개선할 아이디어를 제공하기도 했다.
존스홉킨스대 천체물리학자 알렉산더 살레이와 병리학자 제니스 타우베는 병리 조직 맵핑과 천문학 이미지 통합 플랫폼인 아스트로패스를 개발했다. 살레이는 강조했다. “천문학에서 우리는 자주 질문한다. 은하계들이 서로 근접할 확률이 얼마인가? 우리는 암에 대해 동일하게 접근했다. 미시적 환경에서 종양의 공간적 관계를 보면서 말이다. 스케일은 엄청나게 다르지만 사실 같은 문제다.”
우주 구조 vs. 인간의 뇌 구조
더 놀라운 발견은 위에서 언급한 사례를 인간의 뇌에 적용하면서 드러났다. 미국 이론 물리학자 미치오 카쿠는 “인간의 뇌는 1000억 개의 뉴런[신경원(神經元)]과 100조 개의 시냅스(연결)가 있어서 접점, 신경섬유 등 신경망 구조를 이룬다. 당신의 어깨 위에 올려져 있는 것은 우주에서 가장 복잡한 물체”라고 말했다. 게다가 과학자들은 뇌의 단 25%만이 뉴런이고 나머지 75%는 물임을 발견했다.
매우 공교롭게도 과학자들은 관찰 가능한 우주에 1천억 개의 은하계가 있으며 이들 밖에는 기본적으로 은하계가 없이 먼지, 가스, 볼 수 없는 암흑물질로 구성된 필라멘트에 의해 연결되어 있다고 추정해왔다.
이탈리아 볼로냐대학 천체물리학자 프랑코 바자와 이탈리아 베로나 대학의 신경학자 알베르토 페레티는 더 심도 있는 연구를 하기로 했다. “우리는 자연에서 가장 진취적이고 복잡한 두 가지 시스템, 즉 인간의 뇌 신경세포 간 네트워크와 우주의 은하계 네트워크 사이의 유사성을 연구했다.” 그들은 2020 프론티어 인 피직스지에 ‘신경망과 우주망 사이의 양적 비교’라는 논문을 발표했다.
이들은 이 두 가지 시스템의 구조적, 형태적, 네트워크 특성, 기억 능력을 연구한 후 다음과 같이 말했다. “우리의 분석에 따르면, 이들 두 가지 복합 시스템은 놀라운 정도의 유사성을 갖고 있는데, 극도로 다른 규모(10의 27제곱 차이)와 동작 과정에도 불구하고 유사한 네트워크 역학 원리를 갖추고 있었다.”
이들 두 과학자들은 또 인체 뇌의 전체 기억 용량도 계산해 우주 정보와 비교하기도 했다. “신경세포 1개당 4.7비트의 정보를 저장하므로 인체 뇌의 기억 용량은 약 2.5페타바이트(1Petabyte=1024Tb)다. 흥미롭게도 관찰 가능한 우주 내의 천체구조 정보를 전체 저장하는 데 4.3페타바이트의 기억 용량이 필요해 이들 사이의 유사함을 나타냈다.”
이러한 발견들은 우리 우주와 우리 자신에 대한 새로운 관점을 제공해왔다. 이는 불가(佛家)와 도가(道家)의 관점과도 일치한다. 불가에 의하면, 모래 한 알 속에 삼천대천세계가 있고, 삼천대천세계에 또 모래알이 있으며, 삼천대천세계의 모래 속에 또 삼천대천세계가 있다고 한다. 도가에서 이와 유사하게 인체는 소우주라고 한다. 우주의 환생과 미시적, 거시적 세계 사이의 유사성에 대한 최근 과학적 발견들은 이러한 관점들을 더욱 지지해준다.
우리가 사는 세계
모든 문화는 보편적으로 신의 존재에 대해 믿고 있다. 그러나 현대과학의 영향으로 많은 사람이 이런 생각들은 무시한다. 그러나 많은 과학자는 우리 세계가 너무나 완벽하게 만들어져 우연일 수 없음을 깨달았다.
태양의 흑점, 목성의 위성, 달의 산들을 망원경으로 발견한 후 갈릴레이는 매우 흥분했었다. 그는 너무 놀랐고 이런 지혜를 주신 신께 감사를 드린다고 말했다.
위대한 발명가 토머스 에디슨은 그의 연구소에 비문이 새겨진 석판을 하나 갖고 있었다고 한다. 그 비문은 에디슨이 인류를 인도하는 전지전능한 신의 존재를 견고하게 믿었다는 것을 보여준다.
케임브리지대 물리학자 존 폴킹혼은, “자연법칙이 모두 서로 놀랍도록 정교하게 조정되어 우리가 보는 우주를 만들었다는 것을 누군가 깨닫는 순간, 그는 이 우주가 우연히 존재하는 것이 아니라 창조됐다는 것을 깨달을 것”이라고 말했다.
아이작 뉴턴은 평생 대부분 시간을 신학 연구에 몰두했고 연금술도 전문적으로 연구했다. 그는 이렇게 쓴 적이 있다. “물질 없는 곳에 무엇이 있겠는가? 태양과 행성의 중력은 어디에서 오는가? 우주 만물은 왜 질서 정연할까? 행성의 역할은 무엇인가? 동물의 눈은 어떻게 광학적 원리에 따라 설계됐는가? 우주에는 조물주가 있다!”
“모든 것을 만드신 한 분이 계시고 그분의 힘 안에 모든 것이 포함된다. 그러므로 경외해야 할 존재가 있다고 믿는 관점은 항상 인류에게 있어 왔고 앞으로도 그럴 것이다.”
원문발표: 2023년 2월 28일
문장분류: 문화채널>천인(天人)사이
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