물리학자들은 시간 여행에 대해 뭐라고 말할까?

물리학자들은 시간 여행에 대해 뭐라고 말할까?, 시보드 블로그

물리학자들은 시간 여행에 대해 뭐라고 말할까?


시간 여행이라는 개념은 수십 년 동안 독자들과 영화 팬들을 사로잡았다. 그러나 우리가 이 개념에 매료된 반면, 그 누구도 시간 여행이라는 개념을 현실로 만들어내지는 못했다. 그것은 마치 손이 닿지 않는 곳에 있는 꿈처럼 보인다. 그러나 과학이 발전하고, 그 어떤 경계마저 허물어가는 이 시대에, 우리는 물리학이 이론적으로 이야기하는 시간여행에 대해 얼마나 알고 있을가?
 
 클릭으로 현재의 시간 여행의 전망에 대해 확인해보자.

 

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시간은 어떻게 가나?


물리학자들에게 시간이 정확히 어떻게 가는지는 여전히 미스터리라는 사실을 알게 된다면 놀랄 일이다. 현재로서는 시간이 앞으로 흐르므로, 미래로의 여행은 가능해 보인다.

 

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시간은 어떻게 가나?


하지만 과거로 여행을 떠나 우리의 증조할아버지들을 만날 가능성에 관한 한, 극도로 어렵거나 거의 완전히 불가능해 보인다.

 

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알버트 아인슈타인


알버트 아인슈타인은 시간 여행에 대한 우리의 현재 이해에 중요한 역할을 했다. 그의 상대성 이론은 공간, 시간, 질량, 중력에 대한 설명을 제시했다.

 

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상대성 이론


아인슈타인에게 시간은 상대적이었다. 상대성 이론의 중요한 결과는 시간의 흐름이 일정하지 않다는 것이다. 상황에 따라 시간은 빨라질 수도 느려질 수도 있다.

 

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시간은 상대적이다


속도를 내거나 속도를 늦출 수 있다는 점은 현실 세계의 파장과 함께 시간 여행의 개념이 가능성으로 들어가는 부분이다.

 

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광속


시간은 속도로 더 빠르게 움직이지만, 그 효과가 두드러지기 위해서는 빛의 속도로 이동해야 할 것이다.

 

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중력의 끌림


마찬가지로 블랙홀과 같은 강렬한 중력장에서는 시간이 더 느리게 흐른다.

 

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중력의 끌림


지구의 중력은 우리의 발에 더 강하기 때문에, 우리의 발은 실제로 우리의 머리보다 더 느린 속도로 늙고 있다!

 

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GPS 위성


 우리의 시간의 상대론적 효과들은 너무 미묘해서 알아차릴 수 없다. 그러나 그것들은 실제로 위성위치확인시스템 (GPS)에 사용되는 위성들에는 영향을 미친다.

 

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시간 조정


하늘에 있는 시계들은 지구에 있는 시계들보다 더 빨리 간다. 그렇기 때문에, 정확성을 위해 하늘에 있는 시계들은 계속해서 재조정되어야 한다. 만약 그렇지 않다면, 우리의 지도 앱은 하루에 약 10킬로미터 정도 부정확해 질 수 있다!

 

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미래로의 여행


상대성은 미래로 여행하는 것이 가능하다는 것을 의미한다. 빛의 속도로 여행하든, 강렬한 중력장에서 시간을 보내든, 우리는 상대적으로 짧은 주관적인 시간을 경험할 것이다.

 

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미래로의 여행


반대로 우주의 나머지 부분에서는 수십 년, 수백 년이 흘러갈 것이다. 그래서 우주여행에서 돌아왔을 때는 우리가 살았던 시대보다 더 먼 미래로 갈 것이다.

 

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과거로의 여행


상대성 이론은 역방향 시간 여행을 위한 몇 가지 문을 열어주지만, 지금은 이론적 단계를 지나 진화하지 못하고 있다.

 

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닫힌 원 고리 이론


1949년에 쿠르트 괴델이 발표한 한 연구는 닫힌 시간과 같은 곡선을 제안했는데, 이 곡선은 공간과 시간이 반복되어 과거의 시간 여행을 가능하게 할 수 있다.

 

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닫힌 원 고리 이론


하지만 이 이론의 가장 큰 문제점은 우주 어디에도 존재하는 닫힌 원 고리가 존재하지 않는다는 것이다. 그것은 순수한 이론이다.

 

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닫힌 원 고리 이론


닫힌 원 고리의 존재에 대한 증거가 없다면, 그것을 재현할 방법이 없다. 캘리포니아에 있는 채프먼 대학의 한 철학자 에밀리 애들람은 “만약 우리가 현재보다 훨씬 더 큰 기술력을 가지고 있다고 해도, 일부러 닫힌 시간과 같은 곡선을 만들 수 있을 것 같지는 않다”고 말한다.

 

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우주의 끈


1991년 리처드 고트라는 물리학자는 서로 반대 방향으로 지나가는 두 개의 ‘우주 끈’이 존재한다면 이런 닫힌 원 고리가 가능할 것이라는 이론을 내놓았다.

 

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우주의 끈


우주의 끈이 존재한다면 얼마나 좋을까! 이 끈들은 아직도 가설적인 것으로 몇몇 이론들에 의해 초기 우주를 형성했다고 생각된다.

 

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웜홀


상대성 이론에 의해 겉보기에 허용되는 또 다른 현상은 웜홀이다. 이론적으로 시공간이 종이 조각처럼 접히는 것이 가능하며, 터널이 뚫려 넓게 분리된 두 지점 사이의 지름길, 일명 웜홀을 만들 수 있다.

 

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웜홀


다시 말하지만, 이론적으로는 웜홀이 존재할 수 있다는 것이 밝혀졌지만, 수학적 가능성으로서 웜홀이 물리적으로 존재하는지는 전혀 다른 문제라는 것이다.

 

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강렬한 중력장


만약 웜홀이 존재한다면, 웜홀의 수명은 그리 길지 않을 것이다. 사실, 만약 그것들이 이론처럼 결합된 두 개의 블랙홀이라면, 그 강렬한 중력장은 자체의 중력에 의해 붕괴될 것이다.

 

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크기의 문제


시간 여행을 꿈꾸는 사람들에게 더 나쁜 소식이 있다. 이 웜홀들은 사람이 통과하기는 커녕 아주 미세하고, 박테리아가 통과하기에도 너무 작을 것이다.

 

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음에너지


크기와 중력 문제를 해결하기 위해서는 원자 내부에 다량의 음 에너지가 필요할 것이다. 그러나 전체적으로 원자장의 에너지가 양의 에너지를 더 많이 가져야 하므로, 내부에 아주 작은 음의 에너지 주머니가 팽창한다 해도 그다지 현실적인 제안은 아니다.

 

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양자역학


상대성 이론이 인간과 은하 같은 큰 물체의 행동을 설명하는 반면, 양자역학은 원자보다 작은, 즉 전자와 광자를 설명한다.

 

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비국소성


양자역학, 특히 비국소성에서 이상한 관측이 나왔다. 한 곳에서 입자의 상태가 변하면 다른 곳에서 순간적으로 ‘엉켜 있는’ 입자에 영향을 준다.

 

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비국소성


아인슈타인은 이것을 “먼거리의 으스스한 행동”이라고 불렀다. 그것은 실험적으로 여러 번 보여졌지만, 많은 물리학자들은 비국소성의 가능성에 만족하지 않는다.

 

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비국소성


효과가 순간적으로 나타나기 위해서는 정보가 빛의 속도보다 더 빠르게 움직여야 하기 때문이다. 이것은 불가능하다.

 

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레트로 인과성


이에 대응하여 몇몇 물리학자들은 실험을 해석할 수 있는 대안적인 방법을 생각해 냈다. 어떤 이들은 어떤 것이 순간적으로 보일 때 그것이 실제로 미래로 갔다가 다시 과거로 되돌아왔다고 제안한다. 이것은 소급성, 즉 과거에 영향을 미치는 미래에 일어나는 사건들을 소개한다.

 

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레트로 인과성


만약 그렇다면, 우리의 시간에 대한 선형적인 개념이 반드시 정확한 것은 아니다. 사실, 그것은 미래로부터의 정보가 항상 과거에 영향을 미치기 위해 나선형으로 되돌아간다는 것을 의미한다. 어떤 이들은 이것이 비국소성보다 더 터무니없다고 생각한다. 이 이론 역시 보편적으로 받아들여지지 않는다는 것을 명심할 필요가 있다.

 

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결론적으로


결론적으로 우리는 완전한 해답을 가지고 있지 않다. 상대성 이론과 양자물리학은 서로 양립할 수 없지만, 우리 우주의 특정한 측면을 설명하기 위해 작동한다. 아마도 이들을 연결하는 포괄적이고 통일된 이론이 있을 것이지만, 아직 발견되지는 않았다. 우주의 더 신비로운 작업들처럼, 현재로서는 시간 여행은 손이 닿지 않는 상태이다.

 

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