과거와 미래를 넘나드는 타임머신은 과연 존재할 수 있을까?

Posted by ttahha
2010.10.02 00:38 분류없음
                             

아인슈타인은 상대성이론을 통해 타임머신이 존재할 수 없다는 것을 증명했다. 세계적인 석학 스티븐 호킹 박사 역시 초기 이론에서는 타임머신의 가능성을 보여줬지만 최근에는 다소 인문학적 논리로 타임머신의 존재 가능성을 부인하고 있다. 미래에 타임머신이 만들어졌다면 우리가 살고 있는 현재, 즉 과거로의 방문이 있었어야 하지만 아직까지 나타나지 않았다는 것이다. 하지만 ‘꿈의 기계’ 인 타임머신에 대한 인류의 상상은 멈춰지지 않고 있다. 특히 음모론자들은 UFO가 바로 미래에서 온 타임머신이며, 미래 세계에서의 철저한 통제로 현재의 인류가 파악하지 못하고 있을 뿐이라는 주장을 하고 있다.

아인슈타인의 상대성 이론은 타임머신의 존재 가능성을 부인하고 있기도 하지만, 상대성 이론의 틀을 벗어나는 물질이 발견된다면 타임머신이 존재할 수 있다는 가능성을 열어주기도 한다. 즉 빛보다 빠른 초(超)광속 비행이 이뤄진다면 SF 영화나 소설속의 한 장면처럼 과거나 미래로 여행하는 것이 가능하게 된다는 것이다. 빛은 1초에 30만km를 이동하는데, 이는 지구를 7바퀴 반이나 돌 수 있는 속도다. 인류가 만든 가장 빠른 이동수단은 전투기인데, 1초에 340m를 이동하는 소리(음속)보다 빠를 때 1마하(시속 1,224km)로 정의되는 것과 비교하면 빛의 속도는 상상을 불허한다. 실제 천문학의 거리 측정 단위인 1광년(빛이 1년간 이동한 거리)은 약 10조km에 달한다.

아인슈타인의 상대성 이론은 속도가 빠르면 빠를수록 물체의 질량이 증가한다는 것으로 우주 한계속도인 빛보다 빨라지게 되면 질량이 무한대로 증가한다는 것이다. 예를 들어 초광속으로 이동할 수 있는 우주선이 있다면 빛보다 빨라지는 순간 질량이 엄청나게 증가하게 되고, 이로 인해 빛보다 빠른 속도를 만들기 위해서는 처음보다 수백, 수천 배 이상의 엄청난 추진력이 필요하게 되는데, 이는 달리 말해 빛보다 빠른 속도의 초광속 비행은 사실상 불가능하다는 것이다.

하지만 아인슈타인의 상대성 이론을 벗어나는 물질이 존재한다면 상황은 달라진다. 일부 과학자들은 속도가 증가할수록 질량이 감소하는 물질이 존재한다고 가정하고 이를 ‘타키온(tachyon)’ 이라고 이름 지었다. 타키온은 에너지가 줄어들수록 속도가 증가하는 ‘가상의 물질’ 로 존재 여부가 확인되지 않았지만 존재가 확인된다면 초광속 비행이 가능해진다. 빛보다 빠른 속도로 비행하면 시간의 제약을 넘어서므로 미래 또는 과거로의 여행을 위한 타임머신이 존재할 수 있게 된다는 것이다.

실제 지구 주위를 빠른 속도로 돌고 있는 인공위성은 지상보다 수 천만분의 1초라도 시간이 느려진다. 사람이 인지할 수 있는 정도의 시간차는 아니지만 현재 GPS 위성 등 대부분의 인공위성은 지상과 지속적으로 시간보정 작업을 하고 있다. 이러한 현상은 ‘쌍둥이 패러독스’로 설명된다. 예를들어 쌍둥이 중 한명이 광속에 가까운 속도로 10년간 우주여행을 하고 돌아온다면 지구에 있는 다른 쌍둥이 보다 10년은 젊은 상태라는 것. 즉 광속에 가까운 우주여행을 하는 동안 시간은 거의 흐르지 않는 반면 지구의 쌍둥이는 10년이라는 나이를 먹은 것이다. 하지만 타임머신의 존재 가능성을 부인하는 쪽에서는 초광속 비행이 단지 빠른 속도의 여행일 뿐 시간의 이동은 아닐 것이라고 반박하고 있다.


시간여행의 가능성을 열어준 웜홀(wormhole)


1988년 모리스(Michael Morris)와 손(Kip Thorne)은 아인슈타인의 일반상대성 이론을 기초로 빛보다 빠른 시간여행이 가능한 웜홀(wormhole) 이란 개념을 창안해냈다. 1985년 미국의 천문학자 칼 세이건(Carl Sagan)콘택트(Contact)라는 소설을 쓸 때 칼텍(Caltech)에 근무하는 물리학자 킵 손은 시간여행이 가능한 웜홀이란 개념을 만들어 도운 적이 있다. 손은 이때의 생각을 정리해 1988년 학계에 보고한 것이다. 웜홀이란 아이디어는 시간여행의 가능성을 열어준 일대 혁명이었다.

웜홀은 엄청난 중력으로 인해 시공간을 빨아들이고 왜곡시키는 블랙홀을 통과함으로써 전혀 다른 시공간으로 이동할 수 있다는 이론이다. 웜홀은 이름 그대로 사과 위에 있는 벌레가 반대쪽으로 이동하기 위해서 사과 표면을 빙 돌아가야 하지만 사과 중심부를 향해 구멍을 뚫고 이동한다면 순간 이동에 가까운 것이 된다는 것이다. 즉 사과는 우리가 살고 있는 우주 또는 시공간이며, 벌레는 인류 또는 타임머신이라면 웜홀을 통해 새로운 시공간으로 이동할 수 있다는 것이다. 하지만 반대론자들은 블랙홀의 중력을 견디며 통과할 수 있는 물질이 존재하지 않기 때문에 산산조각 나게 되며, 통과하더라도 그것이 과거나 미래의 공간이 아닐 것이라고 주장하고 있다. 음모론자나 일부 과학자의 주장처럼 먼 미래에는 타임머신이 존재하고 있으며, 단지 현재 인류가 깨닫지 못 하는 것일 수 있다. 또는 반대론자들의 주장처럼 어떠한 형태로든 존재할 가능성조차 없을 수도 있다. 하지만 인류가 과거에는 상상조차 할 수 없었던 과학기술을 실현해 왔다는 점을 고려한다면 먼 미래에는 타임머신이 실제로 존재할 가능성을 무시할 수만은 없을 것이다.


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상대성이론의 시간여행은 아래의 시간지연 공식에 의거한다. 시간지연 공식에서 속력 v값을 점점 높여가면 T의 값은 점점 작아져서, v에 c값, 즉 광속을 넣으면 T는 0이 되어 버린다. 이것은 시간이 멈춘다는 의미이다. 그런데 속력 v에 광속 c보다 큰 값을 넣으면 루트안이 음수가 되므로 T의 값은 허수가 되어, 허수시간을 가지게 된다. 허수시간은 아무런 의미도 없는 존재일 뿐이지, 음수값을 가지게 되는건 아니므로 과거로 돌아가지 못한다는 결과가 나온다.


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타키온(tachyon)은 미국의 물리학자 제럴드 파인버그(Gerald Feinberg)가 제안한 가설적 존재로서 속도가 증가할수록 질량이 감소하는 물질, 즉 광속보다 더 빨리 움직이는 입자 라는 것이다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면 질량이 영(0) 이 아닌 입자는 어느 것도 광속으로 가속될 수 없다. 1905년 아인슈타인이 발표한 특수상대성이론에 따르면 움직이는 물질(입자)의 질량 m은 아래와 같이 표시된다.


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만약 질량을 가진 입자가 빛의 속도와 비슷하게 된다면 위의 식에 따라 운동하는 입자의 질량은 엄청나게 커진다. 따라서 일정속도를 가속시키는데 필요한 에너지가 갈수록 더 커지고 급기야 광속에 도달하는데 필요한 에너지는 무한대가 되어 버리기 때문에 빛보다 빠른 물질은 생겨날 수 없다. 결국 아인슈타인의 상대성이론은 빛보다 빠른 물질은 존재하지 않는다고 못박은 셈이다. 그러므로 빛은 질량을 가진 물질의 한계속도라고 할 수 있다.

만약 빛보다 빠른 입자, 즉 타키온이 실제로 존재한다면, 우선 타키온의 질량은 허수(虛數)가 되어야 한다. 또 에너지를 얻을수록 속도가 느려진다. 그래서 에너지가 가장 클 때 빛의 속도가 되고, 에너지를 모두 잃게 되면 그 속도는 무한대가 된다. 실수(實數)의 질량을 가진 입자는 에너지를 얻을수록 속도가 커지지만, 타키온은 그 반대의 속성을 띄는 것이다. 그래서 타키온이 존재한다면 과거로의 시간 여행도 가능해지고 블랙홀에서도 벗어날 수 있다. 하지만 원인보다 결과가 앞설 수 없다. 이를 인과율이라고 한다. 따라서 과거로의 시간 여행을 가능케 하는 타키온은 인과율에 위배되기 때문에 존재할 수 없다는 것이 과학자들의 믿음이다.

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    • 김창원
    • 2016.09.25 12:40 신고
    과거 현재 미래는 공존한다.그러므로 타임머신은 한공간에서 만들어낼수있다.타임머신에 필요한 중요한부품이 있다
    나는 타임머신이라부르고싶지않다.시간이란 재는거에서 시작한것이고 머신이될려면 재는 기계가된다는거다
    몇가지 방법을 찾았지만 아직떄가아니다.돈이 필요하기떄문이다.당신이과거와 미래로가고싶다면.나는 답을 찾을것이다.
    하지만 나혼자서하기에는 정보가 부족하다 역시 여럿이 낫긴하다
    • 김창원
    • 2016.09.26 16:21 신고
    타임머신 만들수있는데 돈이 없네요.돈 주시는분께 타임머신 정보팔고 패러독스구간 공부하고싶어지네요.우선 기초적인 타임머신이라.어딜가거나하진 못하고요.타임머신에 필요한 부품도 만들어야 쓸수있습니다.

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