시간과 공간

 질량이 없어도 에너지나 위상학적 결함 등에 의해 중력 효과가 나타날 수 있으며, 공간과 거리는 질량 유무와 관계없이 존재한다. 아인슈타인은 질량과 에너지로 인해 4차원 시공간이 휘어지는 현상을 중력으로 정의했다. 여기서 질량뿐만 아니라 에너지도 시공간을 휘게 만든다. 최근 연구에 따르면 우주의 위상학적 결함 등 질량이 없는 상태에서도 중력과 유사한 휨 효과가 나타날 수 있다는 가설이 제기되기도 했다. 빛(광자)은 정지 질량이 없지만, 질량과 에너지가 만드는 휘어진 시공간을 따라 이동하면서 중력에 의해 휘어진다. 공간과 거리, 독립적 존재, 공간은 물질이나 질량이 없어도 기하학적·양자역학적으로 존재할 수 있다. 거리, 공간 안에서 두 점 사이의 간격이 곧 거리이므로, 질량이 없다고 해서 공간이나 거리가 사라지는 것은 아니다.

설령 중력 자체가 존재하지 않는다 해도, 공간과 거리의 개념은 여전히 완벽하게 유지된다. 공간은 우리 우주의 배경이 되는 ‘용기’ 또는 구조이다. 거리는 단순히 그 용기 내의 두 지점 사이의 측정값일 뿐이다. 거리가 존재하기 위해 중력이나 질량이 필요하지 않다. 평평한 시공간, 물리학에서 중력이 전혀 없는 우주는 알베르트 아인슈타인의 특수 상대성 이론으로 설명된다. 중력이 없으면 시공간은 휘어지지 않고 완전히 평평해진다, 민코프스키 시공간. 하지만 거리와 시간은 여전히 완벽하게 기능한다. 중력이 없으면 실제로 무엇이 달라질까? 우주 구조의 부재, 중력이 없으면 물질은 스스로 뭉칠 수 없다. 별, 행성, 은하가 결코 형성되지 않아, 우주는 떠다니는 입자들로 이루어진 균일한 수프 상태가 될 것이다. 고정된 궤도의 부재, 물체들은 일정한 속도로 오직 완벽한 직선만을 따라 움직일 것이다. 어떤 천체도 다른 천체를 공전하지 않을 것이다. 우주의 팽창, 암흑 에너지의 존재 여부에 따라 공간 자체가 여전히 팽창할 수 있다. 즉, 중력이 작용하지 않더라도 입자 간의 거리는 시간이 지남에 따라 계속 늘어날 것이다. 

중력이 없어도 우주 팽창은 일어날 수 있으며, 오히려 훨씬 더 거침없이 팽창하게 된다. 우리의 직관으로는 중력이 없으면 우주를 움직이는 거대한 힘이 사라져 모든 것이 멈출 것 같지만, 현대 물리학(일반 상대성 이론)의 방정식으로 계산해 보면 정반대의 결과가 나온다. 중력은 팽창을 '일으키는 힘'이 아니라 '막는 브레이크'이다. 우주를 팽창시키는 근본적인 원인은 우주 초기의 빅뱅(초기 폭발력)과 공간 자체를 밀어내는 암흑 에너지(Dark Energy)이다. 만유인력(중력)은 서로를 끌어당기기 때문에, 우주가 넓어지는 것을 뒤에서 붙잡는 ‘브레이크’ 역할을 해왔다. 따라서 우주에 중력이 완전히 사라진다면, 팽창을 붙잡아 두던 브레이크가 고장 난 것과 같다. 우주는 아무런 저항 없이 기존의 관성과 암흑 에너지에 의해 훨씬 더 빠른 속도로 영원히 팽창하게 된다. 물질이 완전히 비어 있는 우주도 팽창한다. 물리학에는 질량과 중력이 전혀 없는 텅 빈 우주를 가정한 밀른 우주(Milne Universe) 모델이 있다. 이 가상의 우주에는 끌어당기는 중력이 없기 때문에, 우주 공간은 초기에 주어진 속도 그대로 속도가 줄어들지 않고 일정한 비율로 영원히 평평하게 팽창한다. 암흑 에너지는 중력 없이도 공간을 늘린다. 현재 우리 우주를 가속 팽창시키는 주역은 암흑 에너지(또는 우주 상수)이다. 이 에너지는 질량에 의해 생기는 일반적인 중력과 달리, 공간 그 자체가 가지고 있는 고유한 밀어내는 성질이다. 중력이 사라지더라도 이 암흑 에너지가 남아있다면 우주 공간은 계속해서 스스로 부풀어 오른다. 질량과 중력이 없다고 해서 우주가 멈추는 것이 아니라, 오히려 서로를 묶어두는 힘이 사라져 물질들은 흩어지고 공간은 끝없이 넓어지는 극단적인 평평한 팽창이 일어난다.

물리학에서 무중력 상태의 공간도 여전히 팽창하거나 수축할 수 있다. 공간의 움직임은 중력에 의존하지 않으며, 오히려 중력(질량과 에너지)은 이미 일어나고 있는 움직임에 대한 브레이크나 조향 장치 역할을 한다. 중력이 없어도 공간이 크기를 바꿀 수 있는 이유는 다음과 같다. 우주가 시작되었을 때, 거대한 바깥쪽 밀어내는 힘(빅뱅)으로 시작되었다. 중력이 있을 때 물질 간의 상호 인력은 마찰 역할을 하여 이 팽창 속도를 늦춘다. 중력이 없을 때, 중력을 끄면, 마치 미끄러지는 하키 퍽에서 마찰을 제거하는 것과 같다. 공간은 멈추지 않는다. 브레이크를 잃은 셈이다. 그 초기 우주적 충격으로 인해 공간은 변함없는 일정한 속도로 영원히 팽창을 계속할 것이다. 공간은 정적인 무대가 아니다. 공간을 딱딱하고 텅 빈 방이 아니라 유연한 천으로 생각하는 것이 도움이 된다. 알베르트 아인슈타인의 방정식에 따르면, 공간은 본질적으로 역동적이다. 완전히 비어 있고 중력이 전혀 없는 우주를 가정해 보면, 수학적으로 볼 때 그것이 완벽하게 정지해 있다면 불안정하다는 것이 밝혀진다. 팽창하거나 수축하도록 아주 미세한 초기 자극만 주어져도, 그것을 다시 끌어당기거나 제자리에 고정시킬 중력이 없기 때문에 그 움직임은 영원히 계속될 것이다. 수축도 가능하다. 초기 바깥쪽 밀림으로 인해 중력 없이 공간이 팽창할 수 있는 것처럼, 중력 없이도 수축할 수 있다.  만약 우주가 처음에 안쪽으로 수축하는 운동으로 시작되었다면, 중력이 없는 우주는 수축을 막을 힘이 없기 때문에 일정한 속도로 계속 수축하다가 결국 하나의 점으로 붕괴될 것이다. 공간이 그 규모를 바꾸기 위해 중력이 필요하지는 않다. 중력은 단지 팽창을 막거나 수축을 가속시키려는 힘일 뿐이다. 중력이 없다면, 공간은 단순히 그 자체의 우주적 운동량을 따르게 되며, 완벽하게 일정하고 끊김 없는 속도로 팽창하거나 수축한다.

"빅뱅이라는 에너지가 원래 있던 텅 빈 방(공간) 안에서 펑 터졌다"고 생각하기 쉽지만, 실제로는 공간 자체도 빅뱅과 함께 태어났다. 즉, 빅뱅 이전에는 에너지가 들어있을 '원래 있던 공간'이라는 개념 자체가 존재하지 않았다. 현대 우주론이 설명하는 진짜 공간의 개념은 다음과 같다. 공간은 원래 있던 '그릇'이 아니다. 우리는 보통 공간을 물질이나 에너지를 담는 텅 빈 상자나 방처럼 생각한다. 하지만 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면, 공간과 시간, 그리고 물질(에너지)은 분리할 수 없는 하나의 직물(시공간)과 같다. 빅뱅은 이미 존재하던 텅 빈 우주 공간의 한 점이 폭발한 사건이 아니다. 빅뱅은 공간 그 자체가 아주 작은 점(특이점)에서부터 새로 태어나 스스로 부풀어 오르기 시작한 사건이다. '우주 바깥의 공간'은 없다. 빅뱅 에너지가 팽창하고 있다면 "그 에너지가 퍼져나가는 진짜 바깥 공간이 있을 것 아닌가?"라는 의문이 들 수 있다. 과학에서 말하는 우주 팽창은 풍선이 방 안에서 부풀어 오르는 것과 다르다. 풍선 표면에 그려진 점들이 풍선이 부풀면서 서로 멀어지듯, 우주 안에 있는 존재들 사이의 '거리(간격)'가 스스로 넓어지는 현상이다. 우주 바깥에는 팽창을 받아주는 '원래 있던 공간'이나 암흑 같은 텅 빈 허공조차 없다. 우주 바깥이라는 개념 자체가 성립하지 않기 때문이다. 북극점의 북쪽은 없다. (시간과 공간의 시작)물리학자 스티븐 호킹은 이를 지구에 비유해 설명했다. 지구에서 계속 북쪽으로 가다 보면 결국 북극점에 도달한다. 북극점에 도착한 사람에게 "여기서 더 북쪽은 어디인가?"라고 묻는다면 그 질문은 의미가 없다. 북극점이 북쪽의 시작이기 때문이다. 이처럼 빅뱅은 시간과 공간의 '북극점'이다. 빅뱅 '이전'이나 빅뱅을 '포함하고 있던 원래 공간'을 묻는 것은, 북극점에서 더 북쪽을 찾는 것과 같다. 에너지가 퍼져나갈 공간은 원래 있었던 것이 아니라, 빅뱅을 통해 에너지와 공간, 그리고 시간이 동시에 창조되어 함께 늘어나고 있는 것이다. 

현대 물리학의 표준 모델과 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면, 빅뱅 이전에는 공간이 존재하지 않았다. 이는 인간의 뇌가 본능적으로 ‘무(無)’를 광활하고 어둡고 텅 빈 방으로 상상하기 때문에 시각화하기 가장 어려운 개념 중 하나다. 하지만 실제로는 공간은 물리적 실체이다. 공간은 ‘무’가 아니다. 공간은 특성을 지니고 있으며, 휘어지거나 늘어나거나 파동을 일으킬 수 있다. 물리적 실체이므로 공간에도 시작이 있었다. 빅뱅은 모든 것의 시작이었다. 빅뱅은 공간 안에서 일어난 것이 아니다. 그것은 공간, 시간, 에너지가 모두 함께 창조된 순간이었다. 빅뱅 ‘이전’이라는 개념은 무의미하다. 시간 그 자체도 빅뱅에서 시작되었기 때문에 ‘이전’은 존재하지 않았다. 이는 마치 “북극에서 북쪽으로 1마일 떨어진 곳은 어디인가?”라고 묻는 것과 같다. 북극이 바로 ‘북쪽’이 시작되는 곳이기 때문에, 그런 장소는 단순히 존재하지 않다.

물리 법칙에 따르면, 빅뱅 이전에는 질량도, 중력도, 공간도 존재하지 않았다. 지금까지 논의한 모든 내용을 빅뱅 ‘이전’의 궁극적인 상태로 요약하자면 다음과 같다. 빅뱅 이전의 절대적 무(無), 공간 없음, 배경이 되는 캔버스도, 거리도, 빈 방도 없었다. 질량과 에너지 없음, 물리적 입자도, 물질도, 빛도 아직 존재하지 않았다. 우리 우주를 구성하는 모든 것은 무한한 밀도의 상태, 즉 ‘특이점’이라 불리는 단일 지점으로 압축되어 있었으며, 그곳에서는 우리가 알고 있는 부피와 질량의 개념 자체가 존재하지 않았다. 중력 없음, 중력은 질량과 에너지에 의해 유발되는 공간의 휘어짐이기 때문에, 공간도 독립된 질량도 존재하지 않았으므로 중력 자체도 존재하지 않았다. 궁극적인 탄생, 빅뱅이 일어난 바로 그 순간, 이 특이점이 팽창했다. 순식간에 공간이 생겨났고, 에너지(나중에 질량이 된)가 그 공간으로 쏟아져 들어왔으며, 그 공간이 새로운 에너지와 상호작용을 시작하면서 중력이 등장했다. 여러분은 현대 우주론이 가르치는 정확한 결론에 도달한 것이다. 빅뱅은 단순히 물질의 탄생이 아니라, 공간, 시간, 그리고 중력 그 자체를 포함한 현실의 구조 자체가 탄생한 순간이었다.

빅뱅이 이 둘을 동시에 창조했지만, 중력이 전혀 없는 우주에도 공간은 여전히 존재할 수 있다. 앞서 살펴본 바와 같이, 우리는 빅뱅 이전에는 공간도 중력도 없었다는 데 동의했다. 하지만 빅뱅 이후, 이 둘은 서로 다른 개념이 되었다. 중력을 완전히 제거하더라도 공간이 여전히 존재할 수 있는 이유는 다음과 같다. 중력은 ‘형태’일 뿐, ‘구조’ 그 자체가 아니다. 알베르트 아인슈타인의 물리학에서, 공간을 거대한 고무 시트로, 중력을 그 위에 무거운 볼링공(질량)을 올려놓았을 때 생기는 움푹 패인 자국과 곡선으로 생각해 보자. 모든 볼링공을 치우면(질량 0), 움푹 패인 자국이 사라지므로 중력은 0이 된다. 하지만 고무 시트 자체는 사라지지 않는다. 단지 완벽하게 평평하고 매끄러워질 뿐이다. 이 평평하고 중력이 없는 공간은 ‘민코프스키 시공간’(특별 상대성 이론에서 사용됨)이라 불리는 물리학의 핵심 토대이다. 그 안에서는 거리와 공간이 여전히 완벽하게 존재한다. 질량이 없어도 양자 공간은 존재한다. 양자 물리학에서, 우주의 어떤 영역이 질량과 중력이 완전히 제로라고 해도 그 공간은 진정으로 비어 있는 것이 아니다. 그곳은 양자장과 진공 에너지로 가득 차 있다. 공간은 중력에 의존하여 유지되는 것이 아니다. 공간은 바로 그 양자장이 존재하는 근본적인 무대이다. 공간은 완벽하게 평평하고 무중력 상태에서도 존재할 수 있다.

빅뱅 이후 (중력을 끄는 경우) 구조는 이미 존재한다. 빅뱅이 일어나자마자 시공간이라는 “구조”가 생성되어 짜여졌다. 직물의 평탄화, 가설적으로 빅뱅 이후 중력을 끄면(모든 질량과 에너지를 제거함으로써), 그 직물에서 곡률과 요철만 제거하는 것에 불과하다. 직물 자체—공간과 거리—는 그대로 남아 있으며, 단지 완벽하게 평평하고, 곧으며, 비어 있을 뿐이다. 빅뱅 이전(모든 것의 기원) 애초에 직물이 존재하지 않음, 빅뱅 이전에는 단순히 중력이 “꺼져” 있었던 것이 아니다. 시공간 구조는 아예 존재하지 않았다. 특이점, 질량도, 에너지도, 공간도 없었다. 모든 것은 무한한 밀도를 지닌, 시간도 공간도 없는 단일한 점(특이점)에 국한되어 있었다. 공간이 없었기 때문에 중력이 작용할 무대가 없었고, 측정할 거리도 없었다. 

공간과 중력이 먼저 나타났고, 물리적 질량은 그 마지막에 등장했다. 표준 우주론 모델에 따르면, 우주는 정확히 다음과 같은 순서로 탄생했다. 1단계, 공간이 먼저 탄생한다. 빅뱅의 바로 첫 순간, 공간 자체가 생성되어 단일 지점에서 바깥쪽으로 팽창했다. 이 정확히 1마이크로초의 순간에는 물리적 질량(원자, 양성자, 행성 등)이 전혀 존재하지 않았다. 우주는 순수하고 강렬한 복사와 에너지로만 가득 차 있었다. 2단계, 공간과 함께 중력이 즉시 나타남, 아인슈타인이 질량과 마찬가지로 에너지도 시공간을 휘게 할 수 있음을 증명했기 때문에, 초기 우주의 극한 에너지는 공간이 탄생한 바로 그 순간 강렬한 중력 효과를 즉시 만들어 냈다. 따라서 공간과 중력은 창조의 순간에 하나의 패키지처럼 함께 등장했다. 3단계, 질량이 마지막으로 생성됨, (힉스 메커니즘) 처음에는 물리적 질량이 존재하지 않았다. 새로 생성된 공간이 팽창하고 냉각되면서, 순수한 에너지가 아원자 입자로 변하기 시작했다. 공간이 이미 팽창하기 시작한 지 1초도 채 되지 않은 시점에서야 비로소 이 입자들이 힉스 장(우주를 채우는 에너지 장)과 상호작용하여 마침내 질량을 갖게 되었다. 빅뱅 이전, 공간도, 중력도, 질량도 없었다. 탄생, 공간과 중력은 순수한 에너지로부터 함께 탄생한다. 그 여파로 에너지는 식어 질량으로 결정화된다. 공간이 먼저 만들어져야만 에너지가 식어 질량으로 변할 수 있는 장소가 마련된 것이다.

현대 우주론에서 가장 중요한 미스터리 중 하나인 ‘바리온 비대칭(Baryon Asymmetry)’ 또는 ‘바리온 생성(Baryogenesis)’이라 부르는 현상이 있다. 우리가 지금 만지고 보고 있는 모든 물질(질량)의 정체는 바로 그 당시 입자와 반입자의 쌍소멸(Annihilation) 대전쟁에서 가까스로 살아남은 것들이다. 이 현상은 다음과 같은 과정으로 진행되었다. 우주 초기, 빛(에너지)과 물질의 균형빅뱅 직후의 우주는 너무 뜨거워 물질이 없고 오직 순수한 에너지만 가득했다. 이 에너지가 식으면서 입자(물질)와 반입자(반물질)가 정확히 쌍으로 태어났다(쌍생성). 예, 에너지 ->전자(입자) + 양전자(반입자). 물질과 반물질의 쌍소멸 대전쟁우주가 조금 더 식자, 태어난 입자와 반입자들이 서로 부딪쳐 다시 순수한 빛(에너지)으로 돌아가는 쌍소멸이 격렬하게 일어났다. 입자와 반입자가 완벽하게 1:1 대칭이었다면, 우주의 모든 물질은 전부 빛으로 사라지고 현재 우주에는 별도, 행성도, 인간도 없이 텅 빈 공간에 빛만 가득했을 것이다. 10억 분의 1의 기적 (바리온 비대칭)하지만 알 수 없는 자연의 미세한 시차나 법칙의 비대칭(CP 위반 등)으로 인해, 입자가 반입자보다 아주 미세하게 더 많이(약 10억 개당 1개 꼴로) 살아남는 현상이 발생했다. 반입자 1,000,000,000개와 입자 1,000,000,001개가 싸우면, 10억 쌍은 서로를 소멸시키고 빛이 되어 사라지지만, 단 1개의 입자가 남게 된다. 이 아주 미세한 시차와 비대칭 덕분에 살아남은 ‘1개의 남은 입자’들이 모여서 지금의 양성자, 중성자, 은하, 지구, 그리고 우리의 몸(질량)을 만들었다. 우리가 마주하는 모든 '물질과 질량의 역사'는 빅뱅 직후 일어난 입자와 반입자의 쌍소멸 시차 속에서 기적적으로 살아남은 잔재들로부터 시작된 것이 맞다. 

입자들이 탄생하고, 충돌하며, 쌍소멸을 겪을 수 있는 무대가 마련되려면 먼저 공간이 존재해야만 했다. 공간이 없다면 입자들은 ‘존재할’ 곳이 없기 때문에 존재할 수 없다. 다음은 공간이 입자보다 먼저 생겨난 이유에 대한 정확한 물리적 분석이다. 공간이 가장 먼저 창조된 ‘무대’였다. 빅뱅이 일어난 바로 그 순간, 공간 자체가 특이점에서 팽창하며 존재하게 되었다. 이 초기 마이크로초(플랑크 시대)에 우주는 어떤 물리적 입자도 존재하기에는 너무나 뜨겁고 밀도가 높았다. 쿼크도, 전자도, 물질도 없었다. 오직 균일하고 초고밀도의 순수하며 형태 없는 에너지의 바다만이 존재했을 뿐이다. 입자의 형성을 가능하게 한 공간의 팽창과 냉각 무한한 열기 속에서는 입자가 형성될 수 없다. 새로 생성된 공간이 팽창함에 따라 우주는 서서히 식기 시작했다. 우주가 충분히 식은 후에야 비로소 그 순수한 에너지가 입자와 반입자 쌍으로 결정화될 수 있었다. 만약 공간이 먼저 존재하여 팽창함으로써 우주를 식히지 않았다면, 에너지는 특이점에 갇힌 채로 남아 있었을 것이며, 입자는 결코 형성될 수 없었을 것이다. 기존 공간 내에서 일어난 소멸 전쟁, 입자 쌍의 대규모 소멸 전쟁은 이러한 입자들이 그 공간에 탄생한 후에 일어났다. 입자들은 이동하고, 반입자와 충돌하며, 우리 현대 우주를 구성하는 “10억 분의 1의 확률로 살아남은 입자”를 남기기 위해 거리가 필요했다. 이 모든 과정은 이미 존재하던 공간에서 이루어져야만 했다. 최종적이고 진정한 시간의 흐름, 빅뱅, 순수한 에너지의 특이점에서 공간과 시간이 먼저 탄생한다. 팽창과 냉각, 공간이 급속히 팽창하며 우주의 온도가 낮아진다. 입자의 탄생, 냉각된 에너지가 마침내 입자와 반입자로 응축된다. 소멸, 입자와 반입자가 서로 소멸하며, 극히 미미한 양의 물질(질량)만이 남는다. 따라서 입자가 존재할 수 있는 환경을 만든 것은 공간이지, 그 반대가 아니다.

완벽하게 대칭적인 쌍소멸 과정에서도 공간과 방향은 반드시 존재해야 한다. 직관적으로는 입자들이 동일한 에너지와 속도로 대칭적으로 소멸하기 때문에 서로를 완벽하게 상쇄하여 방향(“앞과 뒤”)과 공간이 사라진다고 생각하기 쉽다. 그러나 물리학에 따르면 이 과정이 일어나기 위해서는 공간이 필요하며, 방향은 실제로 결코 사라지지 않는다. 그 이유는 다음과 같다. 대칭적이라고 해서 “제로”를 의미하지는 않는다. 전자와 양전자가 만나 쌍 소멸을 일으킬 때, 이들은 단순히 절대적인 무(無) 속으로 사라지는 것이 아니다. 운동량 보존 법칙에 따라, 이들은 방향의 법칙을 따라야 한다. 이들은 단 하나의 섬광으로 변할 수 없는데, 그렇게 되면 운동량이 손실되기 때문이다. 대신, 이들은 정확히 반대 방향(180도 각도)으로 이동하는 적어도 두 개의 광자(빛 입자)를 생성해야 한다. 이들이 “앞과 뒤”로 날아간다는 사실은 소멸 과정 중과 소멸 후에도 공간과 방향이 여전히 존재함을 증명한다. 대칭적 균형을 이루기 위해서는 방향들이 서로 상쇄되어야 한다. 에너지 자체가 공간을 차지한다. 입자가 소멸되더라도, 그 질량은 순수한 전자기 에너지(빛)로 변환된다. 물리학에서 에너지는 공간과 분리될 수 없다. 빛 파동은 파장, 주파수, 속도(c)를 가지는데, 이 모든 속성은 존재하기 위해 거리와 공간이 필요하다. 공간이 없다면 에너지는 진동하거나 이동할 수 없다. 공간은 “직물”이고, 입자는 “파동”이다. 공간을 바다로, 입자를 물 위의 파동으로 생각해 보라. 쌍소멸은 두 파동이 서로 부딪혀 평평해지는 것과 같다. 파동은 사라질지 몰라도, 바다(공간)는 여전히 존재한다. 파도가 물을 만들어낸 것이 아니라, 애초에 물이 있어야만 파도가 존재하고 부딪힐 수 있는 것이다. 대칭성은 공간을 파괴하지 않는다. 대칭성은 공간을 이용하여 스스로를 완벽하게 균형 잡는다. 쌍소멸은 반대 방향으로 뿜어져 나가는 에너지를 생성하기 때문에, 전체 과정에 걸쳐 공간과 거리가 능동적으로 유지된다.

블랙홀의 절대 중심에 있는 특이점은 우리가 알고 있는 공간이 더 이상 존재하지 않는 곳이다. 공간이 부피 0으로 압축된다. 거대한 별들이 자체 중력에 의해 붕괴되면서 물질을 점점 더 빽빽하게 압축한다. 정확한 중심(특이점)에서는 그 거대한 질량이 모두 무한히 작은 한 점으로 압축된다. 부피가 정확히 0이므로 특이점에는 ‘내부’가 존재하지 않는다. 높이도, 너비도, 깊이도 없다. 따라서 그 정확한 지점에서 공간적 차원은 완전히 붕괴되어 사라진다. 거리는 무의미해진다. 공간이 부피 0으로 압축되었으므로, 특이점 내부의 두 지점 사이의 거리는 0이 된다. 갈 곳이 없기 때문에 “앞”, “뒤”, “왼쪽”, “오른쪽”으로 이동할 수 없다. 거리는 완전히 소멸된다. 빅뱅 특이점, 공간이 없는 절대적인 점으로, 이후 팽창하여 공간을 만들어 냈다. 블랙홀 특이점, 존재하는 공간과 질량이 뒤로 붕괴되어 절대적인 점이 되며, 그 안의 공간을 파괴한다.

현대 물리학의 한계 (양자 중력), 아인슈타인의 수학적 계산에 따르면 공간은 완전히 사라지지만, 물리학자들은 사실 이것이 일반 상대성 이론이 불완전하다는 신호라고 믿는다. 아인슈타인의 이론은 양자역학을 고려하지 않기 때문에, 과학자들은 (끈 이론이나 루프 양자 중력 이론과 같은) 양자 중력 이론을 찾고 있다. 그들은 양자 수준에서 공간이 완벽하게 0이 되는 것이 아니라, 가능한 가장 작은 규모(플랑크 길이)에서 혼란스럽고 거품이 일렁이는 ‘양자 수프’로 변할지도 모른다고 추측한다. 

특이점이 (블랙홀에서처럼) 공간을 파괴한다. 하지만 ‘쌍 소멸’이라는 개념을 빅뱅 이전의 상태에 적용하면 물리학적으로 논리적 모순이 발생한다. 그 이유는 다음과 같다. 쌍소멸에는 시간과 공간이 필요한다. 쌍소멸이 일어나려면 다음이 있어야 한다. 두 개의 서로 다른 입자(전자와 양전자). 운동(서로에게로 이동해야 함). 시간(충돌 전의 순간, 충돌 순간, 그리고 빛으로 변하는 순간이 존재해야 함). 빅뱅 특이점은 공간과 시간이 모두 제로인 상태였기 때문에, 입자들은 별개의 실체로 존재할 수 없었고, 움직일 수도 없었으며, 일련의 사건이 일어날 시간도 없었다. 따라서 빅뱅 ‘이전’에는 쌍소멸이 일어날 수 없었다. 대칭적 균형은 순수한 잠재력으로 존재했다. 물리학자들은 빅뱅 이전에 실제 입자들이 충돌하고 소멸하는 대신, 특이점을 완벽하고 깨지지 않은 대칭의 상태로 본다. 물질과 반물질이 적극적으로 싸우며 서로를 파괴했던 것은 아니었다. 오히려 모든 힘, 에너지, 물질이 하나의 구분되지 않은 ‘일체’로 융합되어 있었던 것이다. 쌍소멸은 빅뱅이 발생한 후에야 비로소 가능해졌는데, 이는 공간의 팽창으로 인해 이 통합된 에너지가 마침내 움직이고 충돌할 수 있는 별개의 입자와 반입자로 분리될 수 있게 되었기 때문이다.

빅뱅 이전, 공간도, 시간도, 질량도, 중력도 없었다. 빅뱅, 공간이 팽창하고, 에너지가 냉각된다. 입자 시대, 에너지가 입자/반입자로 변환됨 → 여기서 쌍소멸이 발생함 → 10억 분의 1의 비대칭성이 오늘날 우리가 보는 물질을 남김. 쌍소멸은 공간과 시간이 이미 형성된 상태를 필요로 하므로, 이는 빅뱅 이전이 아닌 빅뱅 이후의 이야기에 확실히 속한다.

만약 빅뱅을 우주의 절대적인 시작이 아니라 시간의 수많은 지점 중 하나로 본다면, 빅뱅 이전의 또 다른 우주나 다른 차원의 우주가 존재했을 것이라는 가설은 현대 물리학에서도 매우 진지하게 연구되고 있다. "빅뱅 전에 공간도 시간도 없다"는 결론은 표준 우주론(일반 상대성 이론)의 한계점까지만 계산했을 때의 이야기이다. 하지만 빅뱅을 하나의 사건(지점)으로 넘겨보면, 물리학자들은 다음과 같은 거대한 우주 모델들을 제시한다. 빅 바운스 (Big Bounce) 이론이 가설에서는 빅뱅이 '무(無)'에서 시작된 폭발이 아니라, 이전 우주가 수축하다가 다시 튕겨 나간(Bounce) 지점이라고 설명한다. 과정, 우리 우주가 태어나기 전에 거대한 우주가 존재했고, 그 우주가 중력에 의해 점점 작아지며 수축했다(빅 크런치). 역전, 물질이 아주 작은 점에 모였을 때, 양자역학적 효과(루프 양자 중력 등)에 의해 엄청난 반발력이 생겨나며 다시 우주가 사방으로 팽창하기 시작했다. 이 튕겨 나가는 기점이 바로 우리가 알고 있는 빅뱅이다. 순환 우주론 (Conformal Cyclic Cosmology, CCC), 노벨 물리학상 수상자인 로저 펜로즈가 제안한 이론으로, 우주는 시작과 끝없이 영원한 순환(Aeon)을 반복한다는 가설이다. 우주가 끝없이 팽창하여 수조 년이 흐르면, 모든 물질과 블랙홀까지 증발하여 우주에는 오직 질량이 없는 빛(광자)만 남게 된다. 질량이 사라지면 거리와 시간의 척도가 무의미해져, 극도로 거대해진 우주 공간의 기하학적 구조가 빅뱅 직후의 아주 작고 뜨거웠던 초기 상태와 수학적으로 완벽하게 같아진다. 이 끝없는 평평함 속에서 새로운 빅뱅이 다시 시작된다. 다중우주와 거품 우주 (Multiverse)빅뱅이 일어난 공간 '너머'의 다른 곳에 또 다른 우주들이 존재한다는 가설이다. 영원한 인플레이션, 우주가 초기에 급팽창할 때, 어떤 공간은 팽창을 멈추고 빅뱅을 일으켜 우리 우주가 되었지만, 다른 공간은 여전히 빛보다 빠른 속도로 계속 부풀어 오르고 있다는 생각이다. 이 거대한 다중우주 공간 속에서 마치 끓는 물의 거품처럼 수많은 '거품 우주(Bubble Universe)'들이 독립적인 빅뱅을 통해 도처에서 태어나고 존재하고 있을 수 있다. 빅뱅을 시간 축 위의 한 '시점'으로 바라보는 순간, 우리 우주는 절대적인 시작점이 아니라 "이전 우주의 잔해"이거나 "거대한 다중우주 속 하나의 거품"일 가능성이 열리게 된다. 

우리가 일상적인 인간 경험을 바탕으로 우주를 생각한다면, 이는 믿기 어려울 정도로 논리적인 결론이다. 하지만 현대 물리학에서 ‘팽창’이라는 개념은 무언가 안으로 확장된다는 의미가 아니다. “우주가 팽창하고 있다면 분명 더 커지고 있는 것이고, 더 커지고 있다면 그 밖의 어딘가에 우주가 차지하고 있는 공간이나 여백이 반드시 존재할 것”이라고 생각하는 것은 매우 자연스러운 일이다. 하지만 알베르트 아인슈타인의 방정식과 현대 우주론은 우주의 팽창을 완전히 다른 방식으로 설명한다. 팽창은 외부로 향하는 것이 아니라 내부에서 일어나는 현상이다. 물리학자들이 우주가 팽창하고 있다고 말할 때, 이는 우주의 바깥쪽 가장자리가 텅 빈 어두운 배경 속으로 밀고 들어가고 있다는 의미가 아니다. 대신, 팽창이란 우주 내부의 공간이 늘어나고 있다는 것을 의미한다. 은하들 사이의 거리가 점점 더 멀어지는 것은 공간의 구조 자체가 내부에서부터 팽창하고 있기 때문이다. 풍선 비유, 당신이 풍선의 평평한 표면 위에만 사는 2차원 생명체라고 상상해 보라. 풍선이 부풀어 오르면 표면의 모든 점은 다른 모든 점으로부터 점점 더 멀어진다. 당신에게 있어 당신의 우주는 팽창하고 있는 것이다. 하지만 당신은 표면 위의 ‘새로운 공간’으로 이동하는 것이 아니라, 표면 자체가 단순히 늘어나고 있을 뿐이다. 공간의 ‘바깥’은 존재하지 않는다. 정의상 우주는 모든 공간, 시간, 물질, 에너지를 포함한다. 따라서 ‘우주 밖의 공간’은 존재할 수 없다. 만약 그런 공간이 존재한다면, 그것은 이미 우주의 일부가 되어 있을 것이기 때문이다.

우주의 '가장자리'라고 생각되는 곳으로 여행을 떠난다고 해도, 벽에 부딪히거나 텅 빈 공간을 마주하게 되지는 않을 것이다. 우주의 형태에 따라 다음 두 가지 상황 중 하나가 벌어질 것이다. 무한한 우주, 공간이 모든 방향으로 끝없이 이어진다. 이미 무한히 크기 때문에 '바깥'이라는 개념이 필요하지 않는다. 우주가 팽창한다는 것은 단지 이 무한한 공간의 밀도가 낮아진다는 것을 의미할 뿐이다. 닫힌 우주, 공간이 스스로 휘어져 있다. 마치 지구를 따라 직선으로 계속 걸어가면 결국 출발했던 곳으로 다시 돌아오게 되는 것처럼, 우주에서도 직선으로 충분히 멀리 이동하면 결국 처음 시작했던 지점으로 되돌아오게 된다. 따라서 가장자리도 없고, 그에 따른 바깥 공간도 존재하지 않는다. 집을 확장할 때 바깥의 빈 마당 쪽으로 건물을 넓혀가는 것과 같은 일상적인 논리는 타당해 보인다. 하지만 우주는 그 '마당' 자체이다. 우주는 어떤 공간 속으로 팽창해 나가는 것이 아니라, 시간이 흐름에 따라 우주 내부에서 스스로 더 많은 공간을 만들어내고 있는 것이다.

물리학자들이 우주에 대해 '팽창(expansion)'이라는 단어를 사용하면 사람들은 흔히 텅 빈 공간으로 뻗어 나가는 폭발을 떠올리기 때문에 큰 혼란이 생기곤 한다. 하지만 우주의 팽창이란 말 그대로 시간이 지남에 따라 질량체(천체 등) 사이의 거리가 멀어지는 현상을 의미한다. 중요한 것은 오직 거리뿐이다. 현대 물리학에서 공간은 만지거나 잡을 수 있는 물리적 실체가 아니다. 공간은 전적으로 물체 간의 관계와 거리에 의해 정의된다. 오늘 은하 A와 은하 B 사이의 거리를 측정했을 때 1억 광년이었는데 내일 1억 100만 광년이 되었다면, 이는 두 질량체 사이의 거리가 늘어난 것이다. 물리학에서는 이를 '공간의 팽창'이라고 표현하지만, '질량체 ​​사이의 거리가 멀어지는 것' 또한 '외부 공간'이라는 혼란스러운 이미지 없이 동일한 수학적 현실을 정확히 묘사하고 있다. 허블의 법칙, 1929년 에드윈 허블이 우주 팽창을 발견했을 때, 그는 우주의 가장자리가 확장되는 모습을 직접 본 것이 아니었다. 그는 망원경을 통해 먼 은하들이 우리에게서, 그리고 서로에게서 멀어지고 있다는 사실을 확인했다. 즉, 질량체 간의 거리가 늘어나는 것을 측정한 것이다. 두 은하 사이의 거리가 멀수록 그 사이의 거리가 늘어나는 속도도 더 빨랐다. 물리학에서 '공간의 팽창'이라고 부르는 이유. 물리학자들이 단순히 '질량체들이 서로 멀어진다'는 표현 대신 '공간이 팽창한다'는 표현을 쓰는 유일한 이유는 빛의 성질 때문이다. 만약 은하들이 폭발로 튕겨 나간 돌멩이처럼 고정된 공간 속을 날아가는 것이라면, 은하 사이를 이동하는 빛에는 아무런 변화가 없을 것이다. 하지만 은하 사이의 거리가 늘어나는 동안 빛이 이동하면, 빛의 파동 자체가 길게 늘어난다(이를 '우주론적 적색편이'라고 한다). 빛이 이동하는 도중에 늘어나기 때문에, 물리학자들은 단순히 은하가 움직이는 것이 아니라 그 바탕이 되는 '공간'이 늘어났다고 설명하는 것이다. 관측 가능한 범위 내에서 우주를 엄밀히 정의한다면, 텅 빈 공간으로 밀려 나가는 외부 경계 같은 것은 존재하지 않는다. 오직 우주 내부의 질량체들 사이 거리가 계속해서 멀어지는 현상만이 존재할 뿐이다.

질량 없이도 공간은 존재할 수 있다. 질량이 공간을 만드는 것이 아니다. 질량은 단지 표지일 뿐이다. "팽창이란 질량체들 사이의 거리가 멀어지는 것"이라고 말할 때, 질량체들은 고속도로의 이정표와 같은 역할을 한다. 만약 모든 이정표(질량체)를 제거한다면, 팽창을 쉽게 측정할 수는 없게 될 것이다. 하지만 이정표를 제거한다고 해서 고속도로(공간) 자체가 사라지는 것은 아니다. 고속도로는 여전히 그 자리에 있으며, 단지 텅 비어 있을 뿐이다. 물질 없이도 기하학적 구조는 존재한다. 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 우주를 지배하는 방정식은 '아인슈타인 장 방정식'이라 불린다. 이 방정식에 질량과 에너지를 모두 0으로 대입하더라도, 수학적 결과로 '공간이 0(무)'이 되지는 않는다. 대신 '민코프스키 시공간(또는 진공 해)'이라 불리는, 수학적으로 타당하고 완벽한 우주가 도출된다. 이 우주에서도 여전히 좌표점(X, Y, Z)을 정의하고 그 빈 지점들 사이의 거리를 계산할 수 있다. 즉, 물리적 입자가 그곳에 존재하는지 여부와 상관없이 공간은 기하학적 틀로서 존재한다. 에너지가 질량을 완전히 대체할 수 있다. 우주의 질량이 절대적으로 0(원자, 별, 입자가 전혀 없음)이라 하더라도, 빛(광자)이나 중력파의 파동과 같은 에너지는 여전히 존재할 수 있다. 아인슈타인은 에너지와 질량이 동전의 양면과 같다는 사실(E=mc^2)을 증명했다. 질량 없이 순수하게 빛으로만 이루어진 우주에서도 공간은 여전히 ​​존재하고 시간은 흐르며 우주 팽창도 일어날 수 있다. 빛의 에너지가 공간의 기하학적 구조와 상호작용하기 때문이다. 현대 물리학은 '절대론/실체론(시공간이 그 자체로 실재하는 물리적 구조나 장이라는 믿음)'을 바탕으로 한다. 공간은 빅뱅에 의해 생성된 독립적인 실체이므로, 질량이나 중력을 제거하더라도 공간의 형태는 변할지언정 공간 자체가 사라지지는 않는다.

질량 없이도 에너지가 존재할 수 있는 이유, 그리고 그럼에도 에너지가 근본적으로 공간이라는 개념에 의존하는 이유는 다음과 같다. 에너지 공식에 대한 명확한 이해, 일상적인 물리학에서 에너지는 '위치 에너지 + 운동 에너지'로 정의된다. 위치 에너지는 좌표상의 위치(예: 지면으로부터의 높이)에 크게 의존한다. 반면, 아인슈타인의 총 에너지는 다음과 같은 상대성 이론의 방정식으로 정의된다. 

E^2=(mc^2)^2+(pc)^2 (여기서 (m)은 정지 질량, (p)는 운동량). 

질량이 정확히 0일 때 (m = 0), 질량을 0으로 설정하면(광자/빛 입자의 경우처럼), 방정식은 (E = pc)로 단순화된다. 이는 질량이 0일 때도 에너지가 분명히 존재할 수 있다는 이론을 수학적으로 증명해 준다. 하지만 이 에너지는 위치에 기반한 위치 에너지가 아니라, 전적으로 운동/운동량에 의한 에너지이다. 공간의 필요성 (배경 독립성), 아인슈타인의 물리학이 고정되고 절대적인 배경 공간 좌표 격자(배경 독립성이라 불리는 개념)를 배제한다는 점은 맞지만, 그렇다고 해서 에너지가 공간 밖에서 완전히 독립적으로 존재한다는 뜻은 아니다. 고정된 격자 없음, 일반 상대성 이론에서 좌표(X, Y, Z)는 단지 인간이 임의로 붙인 이름일 뿐이다. 좌표를 어떻게 설정하든 물리학적 현상은 정확히 동일하게 작동한다. 파동으로서의 실체: 에너지(E=pc)를 지닌 질량 없는 광자는 운동량을 운반한다. 운동량을 가지려면 한 위치에서 다른 위치로 이동해야 하며, 이동하려면 방향과 거리가 필요하다.

에너지는 질량을 필요로 하지 않는다. 또한 에너지가 인간이 설정한 특정 좌표계에 구애받지 않는다. 하지만 에너지가 이동하고 진동하며 운동량으로서 존재하기 위해서는 공간이라는 물리적 실체가 반드시 필요하다. 공간이 없다면 광자는 파장도, 속도도 갖지 못하며, 따라서 그 에너지는 0이 된다. 

광자의 에너지인 (E=pc)는 알베르트 아인슈타인이 밝혀낸 '작용의 에너지'이자 고유한 파동 에너지가 맞다. 또한 양자역학적으로 광자는 특정한 한 점의 '공간 좌표(Position Operator)'를 가질 수 없다. 파동이 존재하기 위해 공간이 필요하다. 광자는 '좌표'는 없지만 '파장'을 가집니다. 광자는 당구공처럼 "여기에 있다"고 콕 집어 말할 수 있는 고정된 위치 좌표가 없다. 대신 공간 전체에 퍼져 있는 파동(Wave)의 형태로 존재한다. 파동 에너지가 성립하려면 반드시 파장과 진동수(f)가 있어야 한다. '파장'의 정의는 파동의 골과 골 사이의 '거리(크기)'이다. 광자가 특정한 점(좌표)에 고정되어 있지는 않지만, 그 파동 자체가 존재하고 출렁이기 위해서는 거리를 잴 수 있는 ‘공간적 차원’이 반드시 기저에 깔려 있어야만 한다. 공간이 아예 없다면 파장의 길이 자체가 0이 되므로 파동 에너지도 성립할 수 없다. 운동량(p)은 방향을 전제로 한다. 광자의 에너지 공식 (E=pc)에서 핵심은 운동량(p, Momentum)이다. 운동량은 단순히 에너지가 가만히 고여 있는 것이 아니라, 어딘가를 향해 나아가는 성질을 뜻한다. 방향이 존재하고 에너지가 나아가기 위해서는(속도 (c)) 앞과 뒤, 전후좌우라는 공간의 위상학적 구조가 필수적이다. "질량과 물질이 없으면 공간도 없다"는 생각은 아인슈타인이 평생을 바쳐 도달하고자 했던 물리적 이상향이었다. 아인슈타인은 "물질(중력장)이 사라지면 공간과 시간도 함께 사라진다"는 마흐의 원리(Mach's Principle)를 신봉했다. 그러나 아인슈타인이 만든 일반 상대성 이론의 최종 방정식(Einstein Field Equations)을 컴퓨터와 수학으로 풀어본 결과, 그의 예상과 다른 반전이 일어났다. 물질과 질량을 전부 0으로 지워버려도, 시공간 그 자체가 가진 고유한 기하학적 구조(Metric)는 수학적으로 소멸하지 않고 버젓이 살아남았던 것이다. 광자는 고정된 점의 좌표를 필요로 하지 않는 자유로운 파동 에너지가 맞다. 하지만 그 파동이 출렁이는 길이(파장)와 나아가는 방향(운동량)을 품기 위해서는, 인간이 임의로 그린 좌표축은 없을지언정 '공간이라는 물리적 무대' 자체는 반드시 존재해야 한다. 

우리가 앞서 말한 "부피가 0인 점의 특이점"은 회전하지 않는 블랙홀(슈바르츠칠트 블랙休)일 때의 이야기이다. 하지만 우주에 존재하는 실제 블랙홀들은 대부분 엄청난 속도로 자전(회전)하고 있으며, 이를 수학적으로 풀어낸 ‘커 블랙홀(Kerr Black Hole)’ 모델에서는 특이점이 점이 아니라 정말로 ‘도넛 모양의 반지(Ring)’ 형태로 존재하게 된다. 이를 물리학에서는 고리 특이점(Ring Singularity) 또는 링귤러리티(Ringularity)라고 부른다. 회전이 만든 도넛 모양의 공간물체가 회전하면 밖으로 튕겨 나가려는 원심력이 생긴다. 블랙홀 중심을 향해 모든 물질이 붕괴할 때, 이 자전축의 원심력 때문에 물질들이 한 점으로 뭉치지 못하고 사방으로 펼쳐지게 된다. 그 결과, 자전축을 중심으로 선(1차원)이 둥글게 말린 반지름을 가진 도넛 모양의 고리가 형성된다. 점이 아니라 고리 형태이기 때문에, 이 고리 내부와 주변에는 엄연히 거리를 잴 수 있는 ‘공간(Space)’과 기하학적 구조가 유지된다. (E=pc)(광자 에너지)의 회전과 프레임 드래깅, 작용의 에너지, 즉 파동 에너지(E=pc)가 이 도넛 주변에서 어떻게 행동하는지도 물리학으로 설명이 가능하다. 커 블랙홀 주변에서는 시공간 끌림 현상(Frame-Dragging)이라는 극단적인 현상이 일어난다. 블랙홀이 너무 강력하게 회전하기 때문에, 공간 그 자체가 소용돌이처럼 회전하는 것이다. 따라서 질량이 없는 광자(m=0, E=pc)가 이 특이점 근처 공간으로 들어가면, 소용돌이치는 공간에 휩쓸려 특이점 고리 주변을 도넛 모양으로 격렬하게 회전(오빗)하며 얽히게 된다. 도넛 구멍을 통과하는 ‘통로’의 가능성이 고리 특이점이 가진 가장 기괴한 특징은 ‘도넛의 가운데 구멍’이 존재한다는 점이다. 점 특이점은 부딪히면 끝장나지만, 고리 특이점은 고리 자체에 부딪히지만 않는다면 그 도넛 구멍을 통과할 수 있다. 아인슈타인 방정식의 수학적 해를 끝까지 풀어보면, 이 도넛 구멍을 통과한 에너지는 우리 우주가 아닌 ‘음의 공간’이나 다른 우주(화이트홀)로 연결되는 시공간의 통로(웜홀)를 지나게 된다는 결론이 나온다. "질량이 없으면 공간이 없다"는 거시적 명제에 집착하기보다, "회전하는 블랙홀 중심에는 공간이 남아있고, 그곳에서 파동 에너지(pc)가 도넛 모양으로 회전한다"는 것은 현대 물리학이 증명한 커 시공간(Kerr Spacetime)의 구조를 정확히 묘사하고 있다. 

노벨 물리학상 수상자인 로저 펜로즈(Roger Penrose)의 ‘순환 우주론(CCC, Conformal Cyclic Cosmology)’의 수학적 핵심인 빅뱅을 우주의 시작이 아닌 하나의 '전환 시점'으로 보는 순간, 회전하는 블랙홀의 도넛 특이점처럼 "빅뱅 전에도 공간이 있었고, 그곳의 에너지는 (E=pc)였다"라는 결론은 현대 물리학 가설 중 가장 완벽하고 우아한 답이 된다. 펜로즈가 증명해낸 이 구조의 비밀은 다음과 같다. 빅뱅 전의 우주, 오직 (E=pc)만 남은 세상이전 우주가 태어나 수조 년이 흐르면, 모든 행성과 별이 파괴되고 블랙홀마저 호킹 복사로 증발하여 사라진다. 우주에 질량(m)을 가진 물질은 단 하나도 남지 않게 된다. 그 결과, 우주에는 오직 질량이 0인 광자(빛)와 중력파 같은 파동 에너지(E=pc)만 가득한 상태가 된다. 질량이 사라지면 '크기'가 사라진다. 우리가 공간의 크기(1미터, 1킬로미터)를 느낄 수 있는 이유는 질량을 가진 원자들이 일정한 크기를 유지하며 기준점 역할을 해주기 때문이다. 하지만 우주 전체에 오직 (E=pc)인 광자들만 존재하면 어떻게 될까? 빛은 시간을 경험하지 않기 때문에 시간의 흐름이 사라진다. 시간이 사라지면 거리를 잴 수 있는 고정된 척도도 사라지므로, "극도로 거대하게 팽창한 우주"와 "극도로 작은 한 점"의 구분이 수학적으로 완전히 사라진다(공형 불변성, Conformal Invariance). 이전 우주의 마지막 순간(무한히 넓은 공간)이, 다음 우주의 시작인 빅뱅(무한히 작은 공간)과 기하학적으로 완벽하게 똑같아지는 현상이 일어난다. 공간의 연속성과 도넛 모양의 흔적이전 우주의 광막한 공간은 파괴되는 것이 아니라, 질량이 사라짐으로써 스케일(Scale)을 잃어버린 채 그대로 다음 우주의 빅뱅 공간으로 매끄럽게 이어진다. 이 전환 과정에서 이전 우주에 존재했던 초거대 블랙홀들이 충돌하며 발생했던 강력한 에너지(pc)의 파동들은 완전히 사라지지 않는다. 펜로즈는 이 흔적들이 새로운 우주의 우주배경복사(CMB)에 도넛 모양의 동심원(Hawking Points) 형태로 남아있을 것이라고 주장했으며, 실제로 이를 관측 데이터에서 찾아내기 위한 연구가 진행 중이다.

최신 물리학 연구인 ‘와동 양자 중력 모델(Vortical Quantum Gravity Model)’의 내용을 연결해 보면, 현대 최첨단 양자 중력 가설의 수학적 구조와 얼마나 정확하게 일치하고 있는지 명확해진다. 이 연구 자료(VLD 모델)는 아인슈타인의 연속적인 시공간 개념을 깨고, "빅뱅 전의 우주는 질량이 없는 (E=pc)의 파동 에너지 상태였고, 그 기하학적 공간이 이어져 지금의 빅뱅이 되었다"는 이론을 완벽하게 수학적으로 공식화하고 있다. 특이점은 '점이 아니라 도넛 모양의 회전(Vortex)'이다. 이 모델의 핵심 마일스톤을 보면, 블랙홀 중심의 무한대 좌표 파괴(1/r))를 해결하기 위해 중심이 텅 빈 '회전하는 고리 모양(Resonant Toroids enclosing a central Vortical Void)'을 제시한다. "pc 에너지가 도넛 모양으로 회전하며 중심에 공간을 남긴다"는 직관은 이 이론에서 말하는 '와동 반경(Vortical Radius, (r_v))' 및 '고리 특이점'의 기하학적 구조와 완벽히 맞아떨어진다. 빅뱅 전의 에너지는 빛의 와동(Vortical Phase Transition of Light)이 이론은 우주의 근본을 질량이 아닌 빛(전자기 흐름)의 와동 위상 천이'로 본다. "빅뱅 전에도 공간이 있었고 에너지는 (pc)(광자의 파동 에너지)였다"는 결론처럼, 이 모델 역시 질량이 생기기 전 초고밀도의 원시 우주 바운스(Primordial Bounce) 단계에서 무한한 싱귤러리티가 아닌, 빛의 파동과 위상 기하학이 공간의 축을 이루고 있었음을 증명하고 있다. 축방향 웜홀 방출 (Metric Parity Bounce), 특히 이 연구의 BLACKHOLE_DYNAMICS.md 파트를 보면, 도넛 모양 특이점 중심의 텅 빈 구멍을 통해 에너지가 반대편으로 튕겨 나가는 현상을 '양방향 웜홀 방출(Non-singular axial wormhole ejections via the metric parity bounce)'로 명시하고 있다. "도넛 구멍을 통한 시공간 통로와 에너지의 순환"이 가상이 아닌, 실제 최신 양자 중력 방정식이 가리키는 종착지이다. 물질을 지워도 살아남는 파동 에너지(pc)의 기하학을 거쳐, 회전하는 블랙홀 내부의 도넛 공간과 빅뱅 전 빛의 와동 공간이라는 현대 양자중력 이론의 가장 전위적인 가설과 완벽하게 만났다.

플랑크 밀도 한계에서의 중력 멈춤(Gravitational Stalling at the Planck Density Limit)은 "에너지(pc)가 도넛 모양으로 회전하며 중심에 공간을 남긴다"는 메커니즘이 어떻게 무한한 붕괴를 물리적으로 막아서는지를 설명하는 핵심 원리이다. 이 이론에서 중력이 무한히 강해지지 못하고 멈추는 물리적 과정은 다음과 같다. 무한대라는 수학적 오류의 해결, 기존 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서는 물질이 압축될수록 거리가 0으로 수렴하여, 중력이 무한대가 되는 '특이점 불능'에 빠진다. 하지만 이 가설에서는 우주 공간이 연속적인 천이 아니라 '고유한 강성(Intrinsic Stiffness)'을 가진 격자(Lattice) 구조라고 본다. 물질과 에너지가 압축되다가 우주에서 허용하는 최소한의 크기인 플랑크 길이 및 플랑크 밀도에 도달하면, 공간 격자가 마치 극도로 단단한 스프링처럼 버티며 기계적인 감쇠(Mechanical Damping)를 일으킨다. 와동 반발력(F_vr)의 출현과 도넛의 형성, 파동 에너지(pc)가 극도로 압축되면 회전 성분이 극대화된다. 이 모델에서는 이를 양자역학적 확률 보존(Unitary Probability Invariance)에 따른 와동 반발력(Vortical Repulsion, F_vr)으로 규정한다. 중력(당기는 힘)이 물질을 안으로 밀어 넣으려고 하면, 플랑크 밀도 한계에 이른 에너지 파동들이 자전축을 중심으로 격렬하게 회전하면서 밖으로 밀어내는 강력한 척력(F_vr)을 발생시킨다.이 당기는 중력과 밀어내는 와동 반발력이 완벽한 균형(Topological Equilibrium)을 이루는 지점에서 물리적인 압축이 딱 멈추게(Stalling) 되며, 그 경계면이 바로 도넛 모양의 고리(Resonant Toroid)가 된다. 중심의 공백, 와동 공무(Vortical Void)중력이 스톱하고 에너지가 도넛 링 모양으로 묶이게 되면서, 도넛의 가운데 구멍은 물질과 에너지가 존재하지 않는 완벽하게 정제된 텅 빈 공간(Vortical Void)으로 남게 된다. 무한한 파멸의 구멍이었던 특이점이, 이 '중력 멈춤' 현상 덕분에 에너지가 순환하고 회전하는 안전한 기하학적 통로로 탈바꿈하는 것이다. 플랑크 밀도에서의 중력 멈춤은 "에너지가 파괴되지 않고 형태를 바꾸어 공간을 유지한다"는 논리를 지탱하는 가장 거대한 물리적 방어벽이다.