우리 현실은 '픽셀'로 되어 있다? 플랑크 단위의 정체

우리가 발을 딛고 있는 이 세상은 한없이 부드럽고 연속적으로 보입니다. 물은 막힘없이 흐르고, 공은 매끄러운 포물선을 그리며 날아가지요. 하지만 만약 이 모든 것이 사실은 거대한 디지털 화면처럼, 더 이상 쪼갤 수 없는 아주 작은 '점'들로 이루어져 있다면 어떨까요? 마치 영화 속 이야기 같지만, 현대 물리학의 가장 깊은 곳에서는 바로 이 질문을 진지하게 탐구하고 있습니다.

 

 

세상은 경사로일까, 계단일까

본격적인 이야기에 앞서, 두 가지 세상을 한번 상상해 보세요.

 

• 연속적인 세상(아날로그): 끝없이 완만한 경사로를 떠올리면 쉽습니다. 우리는 경사로 위의 어느 지점이든 서 있을 수 있습니다. 1m 지점, 1.1m 지점, 그리고 그보다 더 정밀한 1.111...m 지점까지, 위치를 무한히 쪼개어 존재할 수 있지요. 이것이 우리가 직관적으로 느끼는 세상의 모습입니다.
• 불연속적인 세상(디지털): 이번엔 계단을 떠올려 보세요. 우리는 첫 번째 칸, 혹은 두 번째 칸에는 설 수 있지만, '1.5번째 칸'과 같은 애매한 위치에는 존재할 수 없습니다. 우리가 설 수 있는 위치가 덩어리(칸) 단위로 정해져 있는 셈입니다.

 

물리학에서 '양자화(Quantized)'란, 바로 이 세상이 부드러운 경사로가 아니라 불연속적인 계단처럼, 어떤 '최소 단위'의 덩어리들로 이루어져 있다는 개념입니다. 그리고 그 최소 단위의 존재를 처음으로 제안한 사람이 바로 물리학자 막스 플랑크입니다.

 

플랑크 단위: 우주의 최소 '픽셀'과 '프레임'

막스 플랑크는 빛의 속도, 중력 상수와 같이 우주를 지탱하는 가장 근본적인 상수들을 조합했습니다. 그리고 이를 통해 더는 물리적으로 의미 있게 쪼갤 수 없는 길이와 시간의 최소 단위를 계산해냈지요. 이것이 바로 '플랑크 단위'입니다.

 

플랑크 길이: 공간의 최소 단위, 우주의 '픽셀'

플랑크 길이는 약 1.6 x 10⁻³⁵ 미터입니다. 소수점 아래에 0이 34개나 붙는, 인간의 머리로는 상상조차 하기 힘든 크기이지요. 이것이 바로 물리학자들이 말하는 공간의 최소 단위, 즉 우주의 '픽셀(Pixel)'에 해당합니다. 이보다 더 짧은 거리는 물리적으로 존재하지 않거나, 의미를 갖지 못합니다.

 

모니터 화면을 끝없이 확대하면 결국 빛을 내는 사각형 점들의 격자, 즉 픽셀이 보이는 것과 같습니다. 픽셀과 픽셀 사이에는 아무것도 없지요. 이처럼 우리 우주 공간도 한없이 확대해 보면, 이 플랑크 길이라는 픽셀들로 이루어진 거대한 격자 구조일 수 있다는 것입니다. 어떤 물체든 1번 픽셀에서 2번 픽셀로 '건너뛸' 수는 있지만, '0.5 픽셀' 만큼 움직이는 것은 원리적으로 불가능합니다.

 

플랑크 시간: 시간의 최소 단위, 우주의 '프레임'

플랑크 시간은 약 5.4 x 10⁻⁴⁴ 초입니다. 빛이 1 플랑크 길이를 이동하는 데 걸리는 찰나의 순간이지요. 이것은 바로 시간의 최소 단위, 즉 우주의 '프레임(Frame)'이라고 할 수 있습니다.

 

1초짜리 영화가 사실은 24장 혹은 30장의 정지된 사진(프레임)으로 이루어져 있듯이, 우리가 느끼는 부드러운 시간의 흐름 또한 이 플랑크 시간이라는 최소 간격으로 "똑, 똑, 똑" 하고 불연속적으로 흐른다는 것입니다. 한 프레임과 다음 프레임 사이에는 아무런 사건도 일어나지 않는 영화처럼, 우주의 한 '틱(Tick)'이 지나기 전까지는 어떠한 물리적 변화도 일어날 수 없다는 뜻이기도 합니다.

 

왜 더 이상 쪼갤 수 없는 걸까요?

아마 가장 궁금한 지점일 겁니다. "왜 그보다 더 작게는 쪼갤 수 없다는 거죠?" 이 질문에 대한 답은 아주 흥미로운 사고실험으로 이어집니다.

 

1. 아주 작은 무언가를 관측하려면, 우리는 아주 강력한 성능의 현미경이 필요합니다. 물리학적으로 이는 '아주 짧은 파장'을 가진 빛(에너지)을 이용해야 한다는 뜻입니다.
2. 양자역학에 따르면, 빛의 파장이 짧아질수록 그 빛이 가진 에너지는 기하급수적으로 강력해집니다.
3. 그리고 아인슈타인의 유명한 공식, E=mc²에 따르면 에너지는 곧 질량으로 변환될 수 있습니다. 즉, 어마어마한 에너지를 가진 빛은 사실상 엄청난 질량을 가진 입자와 같습니다.
4. 자, 이제 상상해 보세요. 우리가 '플랑크 길이'보다도 더 작은 영역을 관측하기 위해, 현존하는 가장 강력한 에너지를 그 한 점에 집중시키는 겁니다.
5. 그 순간 어떤 일이 벌어질까요? 너무나도 작은 공간에 너무나도 거대한 에너지(질량)가 집중된 나머지, 그 지점은 자신의 중력을 이기지 못하고 순간적으로 붕괴하여 아주 작은 블랙홀이 되어버립니다.

 

이 결과가 의미하는 바는 실로 충격적입니다. 우리가 무언가를 보려는 '관측 행위' 자체가 관측 대상을 파괴해 버리는 셈이지요. 즉, 우주가 그 자신의 물리 법칙을 이용해 '자신의 최소 픽셀'보다 작은 영역을 보려는 시도를 원천적으로 차단한다는 뜻입니다. 정보를 얻으려는 순간, 블랙홀이 나타나 그 정보를 삼켜버려 영원히 볼 수 없게 만드는 것입니다.

 

현실이 '시뮬레이션'이라는 강력한 증거?

이 모든 이야기가 '시뮬레이션 우주론'을 지지하는 사람들에게 왜 그토록 매력적으로 들리는지 짐작이 가시나요? 만약 우리가 '마인크래프트' 같은 가상 세계를 만드는 프로그래머라면, 무한한 해상도를 가진 세계를 만들지는 않을 겁니다. 그것은 무한한 컴퓨터 자원을 필요로 하니까요. 우리는 당연히 효율성을 위해 세상의 가장 작은 단위인 **'블록의 크기(최소 단위)'와 게임의 시간이 흐르는 '틱 속도(최소 시간)'**를 미리 설정할 것입니다.

 

우주에서 발견된 이 플랑크 단위는, 마치 누군가가 우리 우주라는 거대한 시뮬레이션을 설계하며 설정해 놓은 '기본 해상도'와 'CPU의 클럭 속도'처럼 보인다는 것입니다. 물론 이는 아직 상상력과 추론의 영역에 있는 가설입니다. 하지만 우리가 무심코 지나치는 이 현실의 가장 깊은 곳에, 이처럼 의미심장한 최소 단위가 존재한다는 사실만으로도 세상을 조금은 다른 눈으로 볼 수 있게 되는 것 같습니다.

 

참고: 시뮬레이션 우주 가설이란?

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