“우주인이 1시간 동안 외계의 행성에 다녀오니, 지구의 시간이 10년이 흘러 있었다.” 우주 영화에 자주 등장하는 소재 입니다. 과연 실제로 우주에서는 시간 여행이 가능할까요. 오늘은 우주에서의 시간여행에 대 알아보고자 합니다.
시공간의 구조에 대한 이해
우주에서의 시간 여행 개념을 이해하기 위해서는 아인슈타인의 ‘일반 상대성 이론’의 기본적인 측면인 ‘시공간의 복잡한 성질을 탐구’하는 것이 중요합니. 우주에서의 시공간은 3차원 공간과 4차원의 시간이 하나의 실체로 결합 된 역동적이고 상호 연결된 구조를 의미합니다. 우주의 시공간에서 행성, 별, 은하와 같은 거대한 물체는 시공간을 휘어지게 함으로써 시공간의 구조에 영향을 미칩니다. 일반 상대성 이론에 따르면, 질량의 존재는 시공간을 휘게 합니다. 이것은 늘어진 시트 위에 놓인 무거운 공이 변형을 일으키는 것과 매우 유사합니다. 시공간의 곡률은 우리가 중력이라고 생각하는 것으로, 천체의 운동을 지배하는 힘으로 볼 수 있습니다. 일반 상대성 이론에서는 질량과 에너지의 존재가 시공간의 곡률에 영향을 미칠 뿐만 아니라 시간의 흐름 자체에도 영향을 미친다고 알려져 있습니다. 시간 팽창으로 알려진 이 현상은 다양한 중력 영역에서 시간이 다른 속도로 흐를 수 있다는 것을 암시합니다. 즉, 중력이 더 강한 거대한 물체 근처에서는 중력의 영향이 더 약한 영역에 비해 시간이 더 느리게 움직입니다. 시공간의 왜곡과 그로 인한 시간 팽창은 시간 여행의 가능성에 중요한 영향을 미칩니다. 즉, 중력을 통한 시공간의 왜곡을 통해 우리는 시간여행을 경험할 수 있습니다.
시간여행을 위한 우주포털
우주 공간에서의 시간 이동을 위해 우주포털에 대해 알아보아야 합니다. 우주 포털(관문)이란, 시공간을 이동할 수 있는 입구로써, 이론적으로 우주의 시간여행을 가능하게 하는 개념입니다. 이에 대한 개념으로 시공간 왜곡(Warp), 블랙홀, 웜홀이 있습니다.
- 시공간 왜곡(Warp)
시공간 왜곡의 개념은 두 점 사이의 지름길을 만들기 위해 공간을 구부리거나 접는 것과 같이 우주의 구조에 왜곡을 만드는 것을 말합니다. 공상과학 소설에서 미래형 추진 시스템으로 종종 묘사되기도 합니다. 앞에서 살펴 보았듯이 행성이나 별과 같은 거대한 물체는 시공간에서 곡률을 유도하여 물체가 움직이는 궤적을 변화 시킵니다. 질량이 큰 물체일수록 중력의 영향력이 커지고, 결과적으로 주변 시공간의 왜곡이 더 뚜렷해집니다. 과학자들은 중력을 조작함으로써 시공간에서 제어된 뒤틀림이나 왜곡을 만들어낼 수 있으며, 이는 우주를 빠르게 이동할 수 있는 경로를 가능하게 할 수 있다고 이론을 제시하고 있습니다.
- 블랙홀
블랙홀은 거대한 별들의 중력 붕괴로 탄생한 수수께끼 같은 우주 현상으로, 시간 여행의 핵심 역할을 합니다. 블랙홀을 둘러싼 강렬한 중력장은 상당한 시간 팽창 효과를 발생시킵니다. 사건의 지평선, 즉 빛조차 빠져나올 수 없는 경계에 가까워질수록 중력은 무한히 강해져 시간의 흐름을 늦추는 시간 팽창 효과로 이어집니다. 이 현상은 블랙홀이 시간 여행의 단초를 제공할 수 있다고 여겨집니다. 물론 블랙홀 근처의 극단적인 조건들은 그 가능성을 극도로 제한하지만, 일부 이론적 모델은 블랙홀 근처를 주의 깊게 항해하는 것이 시간 여행을 촉진하여 과거와 미래 모두로의 여행을 가능하게 할 수 있다고 제안합니다. 그러나 그러한 노력의 실현 가능성과 안전성은 추측에 불과하고 이론적으로 해쳐 나가야 할 과제가 많이 존재하고 있습니다.
- 웜홀
시공간에서 가상의 터널인 웜홀은 우주 지름길의 개념을 의미합니다. 이 터널은 시공간에서 두 개의 분리된 지점을 연결하여 우리가 살고 있는 기존의 3차원 공간을 우회하는 지름길을 만들 수 있습니다. 이론 물리학에서는 이론적으로 웜홀의 존재를 인정하고 있으며, 광대한 우주 거리를 빠르게 여행하는 포털 역할 할 것으로 기대하고 있습니다.
시간여행의 역설
위 글과 같이, 이론적으로 시간 여행이 가능하지만, 시간여행의 역설이라는 난제도 있는것이 사실입니다. 이는 특히 물리학과 공상과학에서 자주 거론되는 역설로, 시간 여행에 대한 많은 논쟁거리를 낳았습니다.
- 할아버지 역설
시간 여행의 영역에서 가장 유명하고 널리 고려되는 역설은 할아버지 역설입니다. 만약 시간 여행자가 과거로 모험을 떠나, 자신의 할아버지와 할머니를 만나지 못하게 하여 자손을 낳지 않게 한다면 어떤일이 벌어질까요. 그렇다면 시간 여행자가 태어날 수 없게 되는데, 어떻게 과거로 여행을 갈 수 있을까에 대한 역설입니다. 이 역설은 인과성의 기본 개념에 대한 문제로 귀결됩니다. 이 역설과 관련하여, 할아버지와 시간여행자는 별개의 개체라는 주장부터, 우주가 역설적인 상황은 막게 한다는 이론까지, 많은 논의를 불러 일으켰습니다.
- 기타 시간 여행 역설:
물리학자와 철학자 모두의 상상력을 사로잡은 시간적 수수께끼는 할아버지 역설 외에도 또 있습니다. 예를 들어 부트스트랩 역설이 있습니다. 부트스트랩 역설은 물체나 정보가 명확한 출처 없이 시간을 거슬러 올라가는 것을 말합니다. 즉 어느 베스트셀러 작가가 자신의 과거로 여행하여, 자신의 작품을 알려주게 되며, 과거의 작가는 그 작품을 베껴 쓰게 된다면, 과연 그 작품은 누가 쓴 것인가에 대한 역설입니다. 다른 예로, 예측 역설도 존재하고 있습니다. 예측역설이란 미래의 사건을 막기 위해 취한 조치들이 의도치 않게 바로 그 사건으로 이어질 수 있다는 역설입니다. 이 역설은 역사의 방향을 바꾸려는 시도가, 의도와는 다르게 궁극적으로 실패하게 되는 것을 나타낼 때 쓰이기도 합니다.
시간여행은 가능한가
지금까지 쓴 글을 정리하면, 이론적으로 시간 여행은 가능하다고 보여집니다. 특히 일반 상대성 이론에 따른, 중력에 따른 시공간의 속도차, 시공간 왜곡, 블랙홀, 웜홀 등을 그 예로 볼 수 있습니다. 다만 아직은 이론으로만 가능한 개념으로, 이를 실현하기 위한 현실적 기반이 부족한 것도 사실입니다(우주 여행, 블랙홀과 웜홀에서의 생존 등). 앞으로 기술이 더 발전하게 된다면, 머지 않아 시간 여행을 실제로 할 수 있지 않을까 생각됩니다. 그때 시간 여행의 역설에 대한 해답도 찾을 수 있을것으로 보입니다.