웜홀을 통한 시간여행(time travel through a wormhole)

웜홀을 통한 시간여행(time travel through a wormhole)

 

웜홀은 시공간에서 두 개의 개별 지점을 연결하는 가상의 터널과 같은 구조이다. 그것은 종종 우주의 먼 지역 사이를 빛보다 빠르게 이동할 수 있는 다리나 지름길로 묘사된다.

웜홀 사진=게티이미지뱅크

아인슈타인의 중력 이론인 일반 상대성 이론에서 웜홀이 가능한 방정식의 해를 제시하였다. 웜홀은 별이나 블랙홀과 같은 거대한 물체로 인한 시공간의 곡률에 의해서 발생한다. 이 개념을 이해하기 위한 간단한 비유는 한 장의 종이를 접어서 만들어진 종이의 두 지점을 연필을 이용하여 한 번에 구멍을 뚫어서 지름길을 만드는 것으로 설명하기도 한다.

 

그러나 웜홀은 현재까지 순전히 이론적이며 그 존재에 대한 증거는 발견되지 않았다. 게다가 존재한다고 해도 매우 불안정하여 금새 사라질 가능성이 높기 때문에 자연에서 관찰되지 않을 수 있고 웜홀을 유지하기 위해서는 음의 에너지 밀도를 가진 또 다른 물질이 필요하다.

 

웜홀은 과학자와 공상과학 영화에서 모두의 상상력을 사로잡고 있으며 성간 여행과 탐험에 대한 흥미로운 가능성이 있기 때문에 계속해서 이론 연구와 공상과학의 주제가 되고 있다. 그러나 현재로서는 과학적 추측의 영역에 남아 있다.

 

웜홀을 통한 시간 여행은 이러한 가상 구조의 개념에서 발생하는 매혹적인 가능성 중 하나이다. 웜홀이 존재하고 또 우리가 통과할 수 있을 만큼 안정적이라면 잠재적으로 시간과 공간을 여행하는 수단이 될 수도 있다. 이러한 생각은 일반적으로 공상과학 영역에서 다루어지고 있지만 이론 물리학에서도 어느 정도 근거가 있는 가설이다.

 

일반 상대성 이론에서 시간과 공간은 시공간으로 상호 연결되어 있다. 별이나 블랙홀과 같은 거대한 물체는 주위의 시공간 구조를 휘게 하여 중력장을 만든다. 중력장이 강할수록 시공간의 곡률이 커지고 그 장 내에서는 시간이 느리게 흐르게 된다. 이 효과를 시간 팽창이라고 한다.

 

이제 시공간에서 멀리 떨어진 두 지점을 연결하는 터널과 같은 구조인 가상의 안정적인 웜홀있다고 가정하였을 때, 웜홀의 양쪽 끝을 "통로 A"와 "통로 B"라고 가정하고:

 

통로 A와 통로 B에서의 시간 팽창: 통로 A가 블랙홀과 같은 거대한 물체 근처에 있고 통로 B가 중력이 상당히 약한 영역에 있다고 가정해보자. 블랙홀의 중력으로 인한 시간 팽창으로 인해 통로 A 근처에서는 통로 B에 비해 시간이 더 느리게 흐를 것이다. 그 결과 일정 시간 동안 통로 A 근처에 머물렀다가 다시 통로 B로 돌아오면 같은 시간 동안 통로 B에 머문 사람보다 더 적은 시간이 흘렀음을 경험하게 된다.

 

미래로의 시간 여행: 통로 A의 웜홀에 들어가 상대론적 속도로 통로 B로 이동할 수 있는 우주선이 있다고 가정을 해보자. 통로 B 근처에서는 시간이 더 빨리 흐르기 때문에 웜홀을 통과하는 여정은 당신의 관점에서 상대적으로 짧을 수 있다. 통로 A의 웜홀을 빠져나오면 통로 B나 외부 우주에 비해 시간이 더 느리게 흐르고 있다는 것을 발견하게 될 것이다. 결과적으로 통로 A에서 통로 B로 빠져나오게 되면 상대적으로 미래의 시간에 도착하게 된다.

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과거로의 여행: 웜홀을 통한 시간 여행의 흥미로운 측면은 웜홀을 조작하는 방법에 따라 과거로의 여행도 가능할 수 있다는 것이다. 통로 B에 다시 들어가 상대론적 속도로 웜홀을 통해 통로 A로 다시 이동하면 이제 반대 방향으로 시간 팽창이 발생합니다. 결과적으로 당신은 웜홀 밖에 남아있는 관찰자보다 과거의 시간에 도착하게 된다.

 

그러나 웜홀을 통한 시간 여행의 개념은 몇 가지 문제점과 역설이 있다.

 

안정성: 웜홀이 존재한다면 매우 불안정할 것으로 예상된다. 우리가 시간 여행을 위해 충분히 오랫동안 웜홀을 유지하려면 자연에서 관찰되지 않는 음의 에너지 밀도를 가진 어떤 물질을 정밀하게 제어해야 할 것이다.

 

역설: 과거로의 시간 여행은 유명한 "할아버지 역설"과 같은 논리적 불일치로 이어질 수 있다. 시간을 거슬러 올라가 할아버지 할머니가 만나서 자식을 낳는 사건을 막는다면 역설적인 사건이 생길 것이다. 만약 그들이 만나지 않았다면 당신은 태어나지 않았을 것이고, 당신이 태어나지 않았다면 애당초 그들의 만남을 막기 위해 시간여행을 할 수 없었을 것이다.

 

인과 관계: 과거로의 시간 여행은 원인이 결과에 선행해야 한다는 인과 관계의 기본 개념에 대한 도전이다. 과거로의 여행은 사건이 그 원인으로 이어지는 상황을 만들 수 있으며, 그 반대의 경우 추가적인 역설을 생성할 수 있다.

 

웜홀을 통한 시간 여행은 아직은 이론에서 가능하며 중요한 과학적이고 개념적인 도전에 직면해 있다. 이러한 개념에 대한 탐구는 이론 물리학에서 활발하게 연구되고 그 증거를 찾기 위해 노력하고 있다.