빅뱅 이전에는 무엇이 있었을까

일반 상대성이론에서 시간은 사건이 일어나는 배경이 아니라 공간과 함께 우주의 구조를 이루는 일부예요. 팽창을 거꾸로 되돌리면 시간과 공간은 모두 하나의 점으로 수축하고, 그 점 이전에 무엇이 있었는지 묻는 것은 북극보다 북쪽에 무엇이 있는지 묻는 것과 비슷해요.

다만 중요한 단서가 있어요. 하나의 점으로 수축한다는 것은 이론을 적용할 수 있는 한계까지 밀어붙였을 때 이론이 예측하는 결과예요. 그런 조건에서는 이론이 더는 작동하지 않아요. 중력과 양자역학을 통합하는 이론이 필요하지만, 아직 그런 이론은 없어요.

한 가설군은 애초에 그런 점이 없었다고 말해요. 그 대신 이전 상태에서 전이가 일어났다는 거예요. 이런 모형에서는 우주가 수축했다가 다시 팽창하기 시작하고, 우리의 역사는 긴 연속 과정 속 한 주기에 불과해요.

또 다른 가설은 어딘가에서는 팽창이 한 번도 멈추지 않았다고 말해요. 이 관점에서는 우리 우주와 비슷한 영역들이 영원히 팽창하는 배경에서 갈라져 나오고, 각각 고유한 시간의 출발점을 가져요. 그러면 ‘이전’이라는 질문은 ‘바깥’에 대한 질문으로 바뀌어요.

세 번째 접근법은 시간이라는 개념 자체가 처음부터 바로 나타나지 않는 양자적 방식으로 시작을 설명하려고 해요. 이런 모형에도 경계는 있지만, 그것은 한순간처럼 보이지 않아요. 시간은 출발점이 아니라 방향으로서 서서히 나타나요.

평가가 낮은 것은 가설이 형편없어서가 아니에요. 우주가 빛에 투명해진 뒤에 일어난 일만 관측할 수 있고, 그보다 이른 시기는 모두 간접적으로 복원해요. 현재의 수단으로는 우주의 시작을 설명하는 모형들을 서로 구별할 수 없어요.

두 가지에 희망을 걸 수 있어요. 우주배경복사에 남은 아주 초기 사건의 흔적과, 빛에는 불투명한 플라스마를 통과하는 중력파예요. 두 연구 분야 모두 발전하고 있지만, 아직 필요한 감도에는 도달하지 못했어요.