다중 우주론은 우주가 여러 가지 일어나는 일들과 조건에 의해 통상적으로 시간과 공간에서 갈래가 나뉘어, 서로 다른 일이 일어나는 여러 개의 다중 우주가 존재한다는 가설입니다. 이 이론은 급팽창 이론, M 이론, 양자역학 등을 설명하는 데 유용하며, 과학뿐만이 아니라 예술이나 철학과도 관련이 있습니다.
다중 우주론을 이용하면 시간 여행에 의한 역설이 발생하지 않아 타임머신 같은 기기를 만들 수도 있을 것으로 생각됩니다. 과거로 돌아가 어떠한 영향을 주었다 하더라도 이에 영향받은 우주와 관계가 없는 우주가 평행으로 진행되기 때문입니다.
하지만 다중 우주에 대해서는 부정적인 견해도 존재합니다. 대부분 우리 우주에 영향을 주지 않는 평행하게 진행되고 있는 다른 우주를 관측하는 것이 불가능하기 때문에 '관측할 수 없는 것이 존재하고 있다'는 주장은 합당하지 않다는 의견이 있습니다.
또한, 다중 우주와 평행 우주는 엄밀하게 구분되어야 합니다. 평행 우주는 다중 우주의 하위 개념으로, 다중 우주에서 설명하는 수많은 막은 우리 우주가 나아갈 수 있는 또 다른 경우의 수를 제시합니다. 하지만 평행 우주는 우리가 살고 있는 우주와는 전혀 다른 세계가 될 것이라는 주장도 있습니다.
2003년 WMAP 과학 위성의 관측 결과에 따르면, 우주에 있는 물질의 분포와 구성성분에 대한 정보를 알 수 있습니다. 전체 우주에서 보통의 물질은 4%로 매우 적으며, 암흑 물질은 22%로 구성되어 있습니다. 나머지 74%는 암흑 에너지로 이루어져 있습니다. 암흑 에너지는 중력을 가지지 않고 물질들을 멀어지게 하는 힘을 가지고 있습니다. 이러한 암흑 에너지에 대한 구체적인 값과 관련된 문제를 해결하는 한 가지 방법은 다중 우주라는 개념입니다. 다중 우주는 우주가 여러 개 존재한다는 아이디어를 의미합니다.
일반 상대성 이론은 우주의 일반적인 특성을 계산할 수 있는 가장 설득력 있는 이론이다. 이 이론은 휘어지는 빛과 대폭발을 포함한 우주의 현상을 매우 정확하게 설명할 수 있다. 또한, 우주 상수를 고려한 Λ CDM 모형은 거의 모든 우주론적 데이터를 설명할 수 있다.
그러나 일반 상대성 이론은 블랙홀과 웜홀 등 비정상적인 개념들을 내포하고 있다. 이러한 개념들은 아직도 과학자들에게 정체성을 드러내지 않고 있다. 이러한 해들은 평행우주와 그들 사이를 연결하는 통로의 존재를 암시하고 있다.
일반 상대성 이론을 사용하면 균등하고 등방적인 우주는 프리드먼 방정식을 따른다. 이 방정식의 해는 닫힌 우주, 열린 우주, 평평한 우주로 나뉜다. 닫힌 우주는 팽창 속도가 중력을 이기지 못해 우주가 빅크런치로 종말을 맞이하는 경우이다. 열린 우주는 팽창 속도가 커서 우주가 영원히 팽창하게 되는 경우이다. 평평한 우주는 두 가지 유형의 경계에 아슬아슬하게 있는 경우로, 계속 팽창을 유지한다.
우리의 우주는 (거의) 평평한 우주로 관측된다. 이것은 초기 팽창 속도와 물질의 밀도가 조화를 이루는 경우에만 가능하다. 그렇기 때문에 우리가 사는 우주가 왜 평평한 우주인지는 여전히 미스터리로 남아있다.
1970년대 중반, 물리학자들은 네 종류의 힘 중 중력을 제외한 세 개의 힘을 하나로 통일하는 이론을 개발했습니다. 이를 표준 모형이라고 부르며, 물리학 역사상 가장 성공적인 이론 중 하나입니다. 그러나 이 이론은 19개의 임의의 상수를 도입해야 했기 때문에 깔끔하지 않았습니다. 그래서 더 통합적인 대통일 이론에 대한 관심이 커졌습니다.
대폭발이 일어나던 순간에는 네 종류의 힘들이 '초임'이라는 단 하나의 힘으로 통합된 상태였습니다. 그러나 우주가 팽창하면서 온도가 내려감에 따라 이 힘은 여러 개의 서로 다른 힘으로 분리되었습니다. 현재의 우주는 대칭성을 갖지 않고 불규칙하게 배열된 물체들로 가득 찬 얼어붙은 상태입니다.
평행우주를 이해하기 위해서는 우주의 탄생 과정과 자발적인 붕괴를 이해해야 합니다. 대칭성의 자발적 붕괴가 일어나면 우주의 구조와 힘의 종류가 달라지며, 이에 따라 평행우주들은 우리 우주와 다른 값을 가지게 됩니다. 이론적으로 대통일 대칭은 무한히 많은 방식으로 깨질 수 있으며, 이때 얻어지는 다양한 해들은 각기 다른 우주를 나타냅니다.
급팽창 이론은 앨런 구스가 도입한 이론입니다. 이 이론은 우주가 태어나자마자 빠르게 팽창되었다고 가정합니다. 우주의 시공간은 인플레이션을 겪으며 엄청난 규모로 팽창되어 현재는 거의 평탄한 상태입니다.
과거의 표준 대폭발 이론은 우주 공간이 평평한 이유를 설명할 수 없었지만, 급팽창 이론을 통해 우주공간의 밀도가 1에 가깝다는 결론을 내릴 수 있었습니다. 이 이론을 보완한 안드레이 린데는 시간과 공간 속의 임의 지점에서 자발적으로 붕괴하는 우주를 구상하고, 붕괴가 일어날 때마다 팽창이 일어날 것으로 가정했습니다.
이렇게 팽창이 계속되면서 여러 개의 우주가 탄생하게 되고, 다중우주의 모습을 띠게 됩니다. 하나의 우주는 영원하지 않지만, 다중우주의 원리는 계속 적용되며, 일부는 우주 밀도 값이 너무 크기 때문에 소멸하거나, 혹은 너무 작아 계속 팽창하는 우주도 존재합니다.
끈 이론은 만물을 설명하는 강력한 이론으로 알려져 있습니다. 이론에 따르면, 매우 작지만 0이 아닌 끈이 모든 것을 구성한다고 합니다. 끈은 대칭성을 가지고 있는데, 이는 현재 우리가 사는 4차원에서는 수학적인 모순을 가지고 있기 때문에 10차원에서 정의되어야 한다는 것을 의미합니다. 끈 이론은 4차원뿐만 아니라 다양한 차원에서 해를 가질 수 있으며, 각각의 해는 다른 우주를 서술합니다. 여섯 개의 추가 차원은 작게 만들어져 거의 보이지 않게 되는데, 이를 '여분의 차원'이라고 부릅니다. 이러한 보이지 않는 차원에 존재하는 우주는 생각보다 가까이에 있을 수 있다고 합니다. 필립 칸 댈러스, 개리 호로비츠, 앤드루 스트로 먼저, 에드워드 위트는 6차원의 여분의 차원을 처리하는 방법으로 컬러 비-야구 다양체를 제안했습니다. 컬러 비-야구 공간은 6차원 공간으로 매우 복잡하게 정의됩니다. 끈 이론을 만족하는 컬러 비-야구 공간은 여러 가지 형태를 가질 수 있는데, 우리의 자연을 가장 잘 설명하는 공간을 찾는 것은 매우 어려운 일입니다. 또한, 이러한 공간은 모두 초 대칭적인 세계를 나타내기 때문에 우리의 자연을 완벽하게 설명하는 것은 아닙니다. 이에 대한 연구는 여전히 진행 중이며, 우리가 끈 이론을 통해 어떤 우주에 살고 있는지에 대한 궁금증을 가지게 합니다.