벌레구멍과 시간여행(제10단락)ㅡ스티브 호킹

타임머신 가능할까?

 

영국의 소설가 <조지 웰스>의 <타임머신>은 1895년 "시간여행"이라는 개념을 탐구한 최초의 작품입니다.

그 이후 많은 과학소설가들이 또한 잠수함이나 달나라 여행처럼 많은 개념들이 과학적 사실이 됩니다.

1949년 <쿠르트 괴델>이 일반 상대성 이론이 허용하는 새로운 시공을 발견했을 때에 물리법칙들이 실제로

인간의 시간여행을 허용할지도 모른다는 암시를 받게됩니다.

 

괴델은 아인슈타인과 함께 만년을 보내는 동안 일반 상대성 이론을 접하게 됩니다.

그의 시공은 우주 전체가 회전하는 기묘한 특성을 가지고 있었다고 합니다.

이 특성은 일반 상대성 이론이 시간여행을 허용하지 않으리라고 생각했던 아인슈타인을 매우 당황하게

만들었다고 합니다.

 

괴델은 과거로의 시간여행이 가능한 시공들이 발견되기 시작합니다.

1.회전하는 블랙홀

2.두개의 우주 끈(cosmic string)을 포함하는 시공입니다.

 

우주 끈

단면적 ㅡ극히 작은 끈

 

◈우주 끈 ㅡ엄청난 장력

 

우주 생성 초기에 형성된 아주 얇은 관처럼 생긴 고에너지 물질이 있을 것으로 생각되는데

과학자들은 이를 우주끈이라 부른다고 합니다.

 

우주 끈은 길이는 있지만 단면적은 극히 작은 끈과 같은 모습입니다.

실제로는 우주 끈은 약 10의 24승 톤에 달하는 엄청난 장력을 받고 있기 때문에 끈보다는

고무 줄에 더 가깝다고 할수 있습니다.

 

우주끈의 장력은 시간의 흐름에 따라 일직선으로 펴고,

광속의 절반 이상이나 되는 빠른 속도로 전달됩니다.

이러한 우주끈을 이용하면 타임머신과 같은 효과를 기대 해 볼 수 있다는 것입니다.

 

켄타우루스 자리 별까지 20조 마일이 걸리는 시공을 휘어서 벌레구멍과 같은 지름길을 만들면 수백만 마일밖에 되지 않을 것이다.

 

◈웜홀 ㅡ벌레구멍 탄생

 

1988년에 시간여행 연구자들에게 흥미진진한 이론이 탄생합니다.

미 캘리포니아공대의 <킵 손> 교수는 시간여행의 터널인 <웜홀>을 발명합니다.

웜홀은 시공간 사이를 잇는 구멍을 지칭합니다.

 

벌레가 사과의 겉으로만 움직일 수 있다면 표면의 두 점 사이를 표면을 따라서 갈 수밖에 없겠지만,

사과에 구멍을 뚫을 수 있다면 두 점을 직선으로 잇는, 즉 사과 속으로 파 들어가는 벌레구멍이라는 

지름길이 생깁니다.

 

바로 사과의 벌레구멍처럼 별과 별 사이, 또는 우리 은하와 다른 은하 사이에도 이러한 지름길이 있다고

생각하는 것입니다. 우주 시공간의 지름길이 바로 웜홀(벌레구멍)인 것입니다.

손 교수의 웜홀을 생각하게 된 계기가 저명한 천문학자이자 절친한 사이였던 <칼 세이건>의 제안 때문이었다.

세이건은 ‘콘택트’라는 자신의 소설에서 등장시킨 소재를 손 교수에게 연구해보라고 했고, 그 결과 웜홀이 탄생합니다.

현재까지 웜홀은 가장 그럴듯한 시간여행의 방법으로 여겨지고 있습니다. 

 

유럽입자물리연구소ㅡ입자가속기

◈입자가속기ㅡ 웜홀 탄생

<입자가속기(강입자충돌기)>를 이용한 웜홀 탄생은 프린스턴 대학의 <리차드 고트> 교수가 1991년

처음으로 제안합니다. 이것을 가동했을 때 소형 블랙홀 즉 웜홀이 생겨날 수 있어 입자를 가속시키면

차원이 다른 우주 사이에 터널이 뚫리고 에너지를 전송할 수 있다고 합니다.

 

빛보다 빠른 물질을 개발하는데 공을 세운 초대형 입자가속기는 유럽입자물리연구소(CERN)에 있는 것으로

양성자를 빛에 가까운 속도로 쏴 초기 우주의 모습을 재현하는 데 성공한 바 있습니다.

당시 실험 성공은 매우 까다롭고 높은 에너지를 필요로 했습니다. CERN에 따르면 강입자가속기 터널에

총 7 Tev(테라전자볼트)의 고에너지가 소요된 것으로 알려지고 있죠.

이같은 성과를 내기 위해서 14년이라는 긴 시간과 10조원 이상의 비용, 전 세계 과학자 약 1만여명이

참여해 얻어낸 성과인 것으로 알려지고 있습니다.

하지만, 에너지의 크기가 너무작아 스스로 붕괴하여 유지시간이 1초도 안됩니다.
안정적으로 운영하기 위해서는 지구의 일부 질량을 소모해야할 만큼 커야하므로
절대 불가능한 프로젝트라고 볼 수 있습니다.

 

◈빛보다 빠른 물질 ㅡ타키온

 

빛보다 빠른 물질은 ‘타키온(tachyon)’이라고 불립니다.

‘빠르다’는 뜻을 가진 그리스어 ‘타쿠스’에서 나왔습니다.

과학자들은 1900년대 초부터 가상의 입자 타키온을 발견하기 위해 꾸준히 노력해 왔습니다.

1985년 미국 예일대 물리학과 <앨런 코도스> 박사가 처음 그 가능성을 제시했습니다. 

우주를 이루는 기본입자인 <중성미자>는 타키온의 후보 가운데 하나였습니다.

하지만 결과는 실패로 마무리하고 말았습니다.

타키온을 이용하면 어떻게 과거로 이동할 수 있을까요?. 

"아인슈타인의 특수상대성이론에서는 물체가 과거로 시간여행을 하려면 반드시 빛의 속도보다

빨라야 한다는 결론이 나오지만 보통의 물체는 아무리 가속해도 빛의 속도를 넘을 수 없다”고 말합니다. 

 

“그러나 타키온이 존재한다고 가정하면 시간이 미래로만 흐른다는 특수상대성이론과 달리

시간이 과거로 흐를 수 있는 완전히 새로운 개념의 시공간이 생긴다”며

“이런 시공간에서는 물체가 미래는 물론 과거로도 이동할 수 있게 된다”고 설명합니다.