외계인은 어디에 있는가, 페르미 역설

1950년 엔리코 페르미(Enrico Fermi)는 우리 모두 한 번쯤은 생각해봤을 법한 질문을 던졌다. ‘외계인은 어디에 있는가?’ 이 질문은 처음이 아니었다. 소련의 과학소설 작가 콘스탄틴 치올콥스키(Konstantin Tsiolkovsky)도 비슷한 의문을 품었으며, 이후 수많은 과학자와 철학자가 이 문제를 고민해왔다. 특히 천문학자들이 우리 은하에 수십억 개의 지구와 비슷한 행성이 존재할 가능성을 점점 더 확인하면서, 이 질문은 더욱 절실해졌다.

‘페르미 역설’이라 불리는 이 문제는 지난 75년 동안 여러 이론과 가설을 낳았다. 그중 하나는 ‘위대한 필터(Great Filter)’라는 개념으로, 생명체가 복잡한 진핵세포로 진화하는 것이 매우 드문 과정일 수 있다는 것이다. 또는 이런 필터가 아직 우리 앞에 놓여 있을 가능성도 제기됐다. 또 다른 가설로는 외계 문명이 우리에게 관심이 없다는 점이다. 칼드셰브 스케일(Kardashev Scale)에서 3단계에 해당하는 은하를 가로지르는 고등 문명이라면, 스스로 대기를 오염시키는 미성숙한 인류를 무시할 수도 있다. 결국 인류는 거대한 우주 생명체 사이의 ‘개미’에 불과할 수 있다는 것이다.

하지만 더 단순한 가능성도 있다. 외계 문명이 이미 우리에게 신호를 보내고 있지만, 인류가 그것을 ‘듣지 못하고 있을’ 뿐이라는 생각이다. 에든버러 대학의 물리학자 아르준 베레라(Arjun Berera)는 2020년 발표한 연구에서 양자 통신이 우주 공간에서도 코히어런스(coherence)를 유지할 수 있음을 밝혀냈다. 이는 전통적인 전파 대신 광자 큐비트를 이용한 통신이 가능하다는 의미다. 그의 동료인 란섬 보일(Lantham Boyle)은 우리 은하를 포함한 우주 배경복사 속에서 특정 주파수 대역에 한해 이런 양자 통신이 가능하다는 점에 주목했다. 그는 외계 문명이 우리가 이해하지 못하는 양자 통신 기술을 사용하고 있을 수도 있다고 가정했다.

외계 문명이 양자 통신으로 신호를 주고받을 가능성이 있지만, 현재 인류의 기술로는 이를 감지하기 어려워 외계인의 존재가 여전히 미궁에 빠져 있다. 언스플래쉬

보일은 최근 발표한 논문 ‘은하간 양자 통신과 페르미 역설에 대하여(On Interstellar Quantum Communication and the Fermi Paradox)’에서 SETI(외계 지능 탐사)가 양자 통신 신호 탐지 기술을 도입할 수 있을지 연구했다. 기술적으로는 가능하지만 현실적으로는 거의 불가능하다고 결론지었다. 문제는 이를 수신하기 위해 필요한 망원경 크기였다. 보일의 계산에 따르면, 우주 마이크로파 배경 복사(CMB, Cosmic Microwave Background)로 인한 양자 편광 손실을 막으려면 최소 26.5cm 파장의 신호를 사용해야 한다. 이 경우 알파 센타우리(Alpha Centauri)와 같은 가까운 별과 통신하기 위해서는 지름 약 100km에 달하는 초대형 망원경이 필요하다. 이는 런던 시 전체보다 넓은 면적이다. SETI가 감당할 수 있는 규모가 아니었다.

또한 보일은 양자 통신 신호는 매우 좁은 빔 형태로 보내져야 해, 오직 목표 망원경만이 신호를 감지할 수 있다고 설명했다. 이는 전통적인 전파 통신이 우주 공간에 광범위하게 방송하는 것과는 달리, 수신기가 신호를 받기 위해 반드시 정확한 위치에 있어야 한다는 의미다. 결국 만약 고도의 문명이 이러한 기술적 난관을 극복했다면, 이미 인류가 자신들의 신호를 감지할 능력이 없다는 사실도 알고 있을 가능성이 높다.

따라서 누가 알겠는가? 혹시 안드로메다 은하에서 칼드셰브 3단계 문명과 정기적으로 양자 통신을 나누는 실리콘 기반 생명체가 우리 은하의 한 나선팔에 사는 이상한 유인원들을 바라보고 있을지도 모른다. 우리는 아직 그들의 신호를 ‘듣지 못하는’ 상태일 뿐이다.