어렸을 때부터 누구나 4차원 세계라는 말을 많이 들어봤을 것이다. 4차원 세계하면 막연히 영화 속에서 타임머신을 타고 과거와 미래를 자유자재로 여행하는 장면이 떠오르거나 버뮤다 삼각지대와 같이 비행기, 배 등이 원인도 모르게 사라지는 불가사의한 사건을 연상하는 등 사람마다 4차원 세계에 대해 품고있는 이미지가 다를 것이다. 과학자들이 말하는 4차원 세계는 더욱 명확한 것으로 그 개념 정의가 명료하다.

4차원 세계의 수학적인 의미

우선 4차원이라는 용어가 수학적으로 무엇을 의미하는지부터 알아보자. 일반적으로 선을 1차원, 면을 2차원, 우리가 살고 있는 세상과 같은 공간을 3차원이라고 한다. 4차원은 여기에서 하나의 공간축이 늘어난 것으로 직접적으로 상상이 되지 않는다. 대신에 다른 차원들 간의 비교나 유추를 통해 간접적으로 4차원의 특성을 파악할 수 있다. 면(2차원)은 무수히 많은 선(1차원)으로 구성되어 있고 공간(3차원)은 무수히 많은 면(2차원)으로 구성되어 있듯이 4차원은 무수히 많은 공간(3차원)으로 구성되어 있다고 유추할 수 있다. 즉 과학적으로 4차원 세계는 우리가 살고 있는 공간과 같은 3차원 세계를 무수히 많이 포괄하는 더욱 큰 세계이다. 여기서 어떤 사람들은 공간축 외에도 시간축이 있어 우리가 살고 있는 세계도 3개의 공간축과 1개의 시간축으로 되어 4차원이라고 하는데 그렇게 보는 것도 틀리지 않는다. 시간축을 고려하면 4차원 세계는 4개의 공간축과 1개의 시간축으로 구성되어 5차원이 된다.

4차원 세계에 무수히 많은 다른 공간의 존재

결국 4차원 세계는 별도로 존재하는 세계가 아니라 우리가 살고 있는 공간(지구를 포함한 우주)과 같은 3차원 세계를 무수히 많이 포함한 더욱 큰 세계라고 할 수 있다. 또, 만약 실제로 우리가 살고 있는 세계가 더욱 큰 4차원 세계에 포함된 한 3차원 세계라면 이 4차원 세계 내에는 무수히 많은 다른 공간이 존재한다고 할 수 있다. 공간의 4차원뿐만 아니라 공간의 5차원도 상정할 수 있는데 그러한 5차원 세계가 존재한다면 무수히 많은 4차원 세계로 구성되어 있을 것이다. 마찬가지로 6차원, 7차원 그리고 그보다 높은 차원도 모두 존재할 수 있다.

초끈 이론

그러면 과학적으로 우리가 살고 있는 공간 이외에도 다른 공간들이 존재하는지, 또 우리 공간과 다른 공간들을 모두 포괄하는 더 높은 고차원의 세계가 존재하는지 여부를 뒷받침하는 이론이 있는가? 물리학에 관심있는 사람이라면 한 번쯤 초끈 이론에 대해 들어 본 적이 있을 것이다. 1980년대부터 본격적으로 등장한 이론으로서 상대성 이론과 양자역학이 가진 이론적인 한계를 극복하기 위함이었다. 이 이론은 우주의 최소 구성 단위를 양성자, 중성자, 전자 등과 같은 소립자나 쿼크보다 훨씬 작으면서도 끊임없이 진동하는 아주 가느다란 끈으로 보는 이론이다. 이 이론으로는 우리가 살고 있는 공간(우주)외에도 수많은 다른 공간(우주)이 있고 각 공간은 각각의 물리법칙에 따라 존재한다고 한다. 그리고 초끈 이론에서는 우리 우주를 4차원보다 훨씬 높은 10차원 이상의 고차원 세계에 포함된 하나의 세계로 보고 있다.

다른 공간의 존재를 입증할 실험

현재 스위스 제네바 부근에는 거대한 입자가속기 LHC를 건설하고 있는데 2007년 완공 예정이다. 이 입자가속기를 완성하면 초끈 이론에서 예측한 다른 공간의 존재를 입증할 수 있는 실험을 할 예정이다. 그 실험에서는 특정 조건하에서 입자충돌을 실험할 예정인데 이 때 초끈 이론을 제외한 다른 물리 이론에서는 설명할 수 없는 에너지 감소가 발생할 것으로 예상하고 있다. 만약 이러한 에너지 감소가 발생한다면 이 충돌에서 새롭게 생성된 입자들이 에너지와 함께 다른 공간으로 사라지면서 그렇게 된 것이라고 설명할 수 있다고 한다. 이 실험의 이론적인 배경을 제안한 하버드대학의 물리학자 알카니 햄드는, 만약 초끈 이론에서 예측한 대로 다른 공간의 존재를 입증해 낸다면 이 발견은 최근 300년의 과학사에서 가장 큰 발견이 될 것이라고 말했다.

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마의 밀림

치열한 전쟁터에서는 이상한 체험이나 기괴한 현상이 흔히 일어난다고 한다. 이를테면 제2차대전이 끝나던 해인 1945년 그 당시 일본군의 한 사병이었던 이나가키는 필리핀의 민다나 오섬의 밀림에서 너무나 이상한 체험을 하게 되었다.

아니가키는 전선에서 식량이 떨어져 작전본부까지 식량 수령을 위해 전선의 토인 오두막을 출발하여 밀림속의 지름길을 달리고 있었다. 얼마후 밀림속에서 야전병원이 나타났는데 이상하게도 그 병원 안에는 사람이라고는 그림자도 보이지 않았다. 그 대신 병원 앞의 광장에는 일본군의 시체가 여기저기 아무렇게나 비참하게 나뒹굴어져 있었다.

본래 야전병원을 둘러싼 밀림지대는 웬일인지 원주민들조차 몹시 두려워 하였으며 마경 이라 부르는 곳이었다. 이나가키도 물론 마경에 관한 이야기를 들어 알고 있었다. 그러나 그는 밀림속의 냇가를 따라 나 있는 길을 따라가만 가면 길을 잃어버릴 염려는 없을 것이라고 생각하고 계속해서 앞으로 나아갔다. 이윽고 두 갈래길에 이르렀는데 그는 시냇물 소리가 들리는 바른쪽의 길을 택해서 전진했다.

그런데 밀림속의길을 어떻게 걸었는지 이나가키는 야전 병원앞 광장으로 되돌아오고 말았다. 이번에는 밀림의 두 갈래 길을 왼쪽으로 걸어갔다. 그런데 어느 사이에 또다시 야전병원의 시체가 쌓여 있는 곳으로 되돌아 오고마는 것이 아닌가. 이나가키는 세번,네번, 계속해서 몇번씩 시냇물 을 확인하면서 길을 걷거나 혹은 표적을 해가면서 밀림을 전진하였지만 역시 병원 앞 광장으로 되돌아왔다.

이나가키는 아무것도 먹지 못한 채 사흘 밤낮을 무서운 마경의 밀림지대를 헤매며 번번히 다람쥐 쳇바퀴 돌듯이 헤메었다. `그렇다면 저 야전병원 광장의 시체는 혹시 마경의 밀림에서 출구를 찾지 못하고 끝내 지쳐서 사망한 사람들인가 ` 문득 그런 생각에 사로잡힌 아나가키는 갑자기 자신도 모르는 사이에 미친듯이 계속 뛰어서 강물을 발견하고 뛰어들어서 전선의 토인 오두막집으로 도망쳐 돌아왔다는 것이다.

이 기괴한 마경지대는 방향 감각을 혼동시키는 불가사의한 4차원 지대 였을까. 아니면 단순한 환각 현상이었을까.