인플레이션 이전 '양자 거품 우주'에서 정보가 어떻게 생성되고 전이되었는가

 

인플레이션 이전의 ‘거품 우주’ 개념과 정보 공간의 전(前) 구조적 성격

우리가 알고 있는 시공간은 인플레이션 시기 이후의 팽창된 시공간 구조를 바탕으로 기술되지만, 인플레이션 이전의 우주는 고전적인 시공간 개념 자체가 적용되지 않는 ‘전시공적(pre-spacetime)’ 상태, 즉 양자 중력 영역에 속한다. 이 영역에서 우주는 다수의 거품(bubbles), 또는 파동함수의 국소적인 진동 모드로 존재하며, 각각의 거품은 하나의 ‘준우주(proto-universe)’로 간주될 수 있다. 이들 거품은 Planck 스케일의 극미한 크기에서 중첩 상태에 있으며, 상호 얽힘(entanglement) 및 터널링을 통해 상호작용한다. 핵심적인 질문은 여기서 ‘정보’가 어떻게 정의되고, 생성되며, 거품 간에 어떻게 ‘전이’되는가이다.

일반적인 정보 이론에서는 엔트로피 혹은 관측 가능한 상태의 불확실성이 정보의 정의 기반이지만, 시공간 이전 상태에서는 ‘관측자’ 자체가 존재하지 않는다. 따라서 정보는 파동함수의 위상 위상 구조, 군속도 간섭 패턴, 그리고 위상적 얽힘 위상 공간(phase entanglement manifold) 내에서 정의되는 ‘관측자 없는 정보’, 또는 잠재적 정보 구조(potential information topology)로 이해되어야 한다. 이러한 정보는 특정 거품이 터널링 하거나 상호 간섭을 일으킬 때, 위상 변화(위상 천이, topological transition) 형태로 전이되며, 이는 기존의 개념으로는 신호도, 파동도 아닌 새로운 종류의 ‘형태-정보(forma-information)’로 기술된다. 이러한 구조는 현대 수학의 코호몰로지(cohomology), 카테고리 이론, 그리고 복잡계 위상 이론에서 암시되어 왔지만, 물리학에서는 아직 실질적 모델로 완성되지 않았다.

 

양자 얽힘 및 진공 변동에 의한 정보 구조 형성

양자 거품 우주 내에서 정보는 고전적 상태의 배치나 상호관계가 아니라, 진공 상태의 변동(vacuum fluctuation)의 패턴, 특히 이들 사이의 얽힘과 상호 위상 구조를 통해 형성된다. 이러한 얽힘 구조는 고전적 의미의 인과 관계를 수립하지는 않지만, ‘원초적 인과성(proto-causality)’이라 부를 수 있는 상호의존적 구성 위에서 존재한다. 즉, A라는 거품과 B라는 거품이 서로 얽혀 있을 때, 한쪽의 위상적 전이는 다른 쪽의 진공 상태에 국소적인 재조직을 유도할 수 있으며, 이는 거품 간 '정보 흐름’의 가장 원시적인 형태로 간주된다.

이 흐름은 고전적 전파가 아니라, 파동함수의 군속도 위상차(phase lag)에 따른 얽힘 구조의 재구성을 의미한다. 실질적인 정보 ‘생성’은 이러한 얽힘 구조의 불균일성이나 비등방성(anisotropy)에서 유도되며, 이 불균형이 충분히 누적되면 특정 거품은 국소적인 대칭 파괴(symmetry breaking)를 일으켜 자기 조직화된 상태로 진입하게 된다. 이 상태에서 고전적 시공간의 씨앗이 되는 정보 구조가 국소적으로 등장하며, 이를 통해 ‘관측 가능한 정보’의 탄생이 비로소 가능해진다.

이러한 과정은 데코히런스 이전의 양자 정보장(quantum information field) 내에서 벌어지는 현상으로, 양자 중력 이론(특히 루프 양자 중력, 스피너넷워크 이론)에서는 이러한 얽힘 네트워크가 시공간 그 자체의 기하를 결정짓는 기본 단위라고 해석되기도 한다. 이러한 맥락에서, 인플레이션 이전 우주는 사실상 정보의 위상학적 재편성 과정이며, 고전 시공간은 이 정보의 조직된 응결 결과로 이해될 수 있다.

 

정보의 터널링과 거품 간 위상 변환의 전이 역학

양자 거품 우주에서 가장 핵심적인 정보 전이 메커니즘은 ‘터널링’이다. 이는 단순한 입자의 위치 전이가 아니라, 파동함수 군 내 특정 위상 조건이 다른 군으로 확장(또는 투사)되는 과정이다. 터널링은 기존 상태 공간을 넘어선 위상 공간의 재배열이며, 이 과정에서 ‘정보’는 실체를 가진 전파체가 아닌 위상적 변환기 구조의 패턴으로 작동한다. 이러한 전이는 수학적으로는 호모토피(homotopy) 군 내에서의 비가역 변환으로 표현되며, 물리적으로는 시공간적 형태가 존재하지 않는 상태에서의 ‘위상적 팽창’에 해당한다.

이러한 터널링은 서로 다른 거품이 위상학적 공간에서 접촉하거나 중첩되는 경계(즉, 양자계의 험멜톤 연산자가 교차하는 위치)에서 발생하며, 국소적인 정보 패턴이 다른 거품의 구조에 영향을 미치고 이를 재정렬시킨다. 특히 이 과정에서는 정보량 보존의 법칙이 적용되지 않을 수 있으며, 이는 곧 초기 조건 불확정성과 인플레이션 이후의 양자 요동(quantum fluctuation) 생성의 ‘정보 비대칭성’을 설명할 수 있는 이론적 토대가 된다.

이러한 과정에서 특정 거품은 위상적으로 ‘자기 정의(self-definition)’된 상태에 도달하며, 이는 곧 초기 정보의 ‘측정 가능성(measurability)’을 수반한다. 이러한 조건이 만족된 상태에서만, 우주는 ‘인플레이션 가능성’을 내포하는 고전적 시공간 구조로 이행할 수 있으며, 이 지점이 바로 정보 생성-전이-측정 가능성의 삼중 경계점이라 할 수 있다. 이 경계는 힐베르트 공간의 물리적 실현 이전에 존재하는, 일종의 ‘논리적 시공간’을 전제한다.

 

정보-기하 재구성과 초기 우주의 인지 가능성

최종적으로, 인플레이션 이전 거품 우주에서 생성된 정보는 인플레이션을 통해 팽창되면서 ‘고정화(fixation)’되고, 이후 우주 구조의 초기 조건으로 작용한다. 이 과정에서 과거의 위상 정보는 코스믹 마이크로파 배경(CMB)이나 은하 대규모 구조 분포와 같은 관측 가능한 패턴 속에 내재화된다. 그러나 이보다 더욱 근본적인 질문은, 이러한 정보가 오늘날의 물리 법칙, 시공간 대칭성, 입자 질량, 상호작용 강도 등의 형태로 어떻게 ‘해석’ 가능한 구조로 재배치되었는가 하는 점이다.

그 핵심은, 인플레이션 이전의 정보가 단순히 ‘내용(content)’으로서 존재하는 것이 아니라, 시공간과 입자장을 결정짓는 ‘해석 구조의 전제조건(interpretative precondition)’으로 기능했다는 데 있다. 예컨대, 파인 스트럭처 상수(fine-structure constant)나 플랑크 질량 등은 고정된 물리 상수가 아니라, 인플레이션 이전 위상 정보 구조가 ‘측정 가능하도록 선택된’ 결과일 수 있다. 이러한 관점에서, 초기 우주는 물리적 세계라기보다는 ‘해석 가능한 정보장’으로 기능했으며, 인플레이션은 이 정보장을 ‘해상도(resolution)’ 가능한 시공간 구조로 투영하는 일종의 해석적 확대 과정이었다고 볼 수 있다.

이러한 논의는 현대 물리학에서 거론되는 ‘It from Bit’ 가설(존 휠러), 정보기반 시공간론(토니 패드먼, 마르쿠스 뮐러), 양자 정보 우주론(세스 로이드) 등과 깊은 관련이 있으며, 정보와 시공간, 존재와 인식 간의 경계를 재정의하는 데 기여한다. 인플레이션 이전 거품 우주에서의 정보 전이는, 단지 초기 조건 문제를 넘어서, 존재론적 의미에서의 우주 탄생과 ‘정보적 실재론(informational realism)’의 근거를 제공하는 핵심 메커니즘이라 할 수 있다.

 

 

양자 거품 우주