“우리는 시간여행을 떠난다”

과거로의 여행이 가능하다는 가설을 내세운 사람은 쿠르트 괴델이다. 그에 따르면 우주 자체가 회전을 하며 빛의 속도를 초과하지 않아도 시간의 닫힌 경로를 따라 이동할 수 있다. 하지만 이 이론은 우주 전체가 회전한다는 증거가 없기에 ‘수학적 가설’ 수준에 머물고 있다. 1974년 툴레인대학 프랭크 티플러도 우주비행사가 자신의 과거로 돌아갈 수 있다는 사실을 수학적으로 증명했다. 무한하게 넓고 긴 원통이 빛의 속도로 회전할 때 원통 주위의 빛을 회전 경로 안으로 끌어들이면 가능하다는 것이다. 1991년에는 프린스턴대학의 리처드 고트가 ‘우주끈’(cosmic string)이라는 개념을 통해 시간을 따라잡는 운동을 증명했다. 우주끈은 우주 초기에 만들어졌을 것으로 추측되는 끈 모양의 에너지 덩어리로 빛보다 빠른 입자가 없어도 실현될 수 있다.

시간여행의 이론적 가능성이 현실에 적용되려면 타임머신을 만들어야 한다. 최근 타임머신에 관한 연구에서 가장 주목받는 것은 ‘웜홀’(wormhole)이다. 웜홀은 말 그대로 일종의 ‘벌레구멍‘으로 시간과 공간을 연결하는 터널이다. 우주의 한 지점에서 순간적으로 다른 지점으로 나가게 된다. 구불구불한 산비탈 도로 대신 최단거리의 터널을 이용하는 셈이다. 웜홀의 구조를 물리학 법칙에 따라 제시한 사람은 캘리포니아기술연구소의 킵 손이다. 그는 웜홀을 출구가 있는 블랙홀로 여겨 반중력 상태의 음에너지를 이용해 만들어낼 수 있다고 보았다. 음에너지 상태의 특이물질은 지금까지 구현되지 않았다. 설령 양자론에 따라 현실화해도 웜홀을 안정적으로 유지시킬 만큼 충분한 반중력 상태를 만들 수 있을지도 불확실하다.

그렇다면 웜홀 타임머신은 개발이 가능할까. 이를 위해서는 우선 웜홀이 있어야 한다. 일부에서는 빅뱅의 결과로 우주가 커지면서 웜홀도 같이 커져 자연스럽게 존재할 가능성도 있다고 한다. 만일 그게 사실이라면 에너지 펄스를 이용해 작은 크기의 웜홀을 안정화한 다음 사용 가능한 크기로 팽창시킬 수도 있다. 또한 블랙홀이 웜홀로 변신할 수 있다는 주장을 내놓기도 한다. 웜홀이 존재한다고 해서 타임머신이 실현 가능하다고 단정할 수는 없다. 웜홀 주위의 물질에너지의 영향으로 타임머신이 생성되기 전에 뭉개질 수 있기 때문이다. 게다가 타이머신은 자연현상에서 성립하는 가장 일반적이며 중요한 에너지보존원리를 위배하는 것도 걸림돌이다. 과거로의 시간여행은 논리적 역설을 낳기도 한다. 가령 시간여행자가 과거로 돌아가 그의 할아버지가 될 소년을 죽였다고 하면 살인을 할 수 있는 미래의 여행자는 태어날 수조차 없다.

시간 방향성은 일정하지 않을 수도

영화 속에서 시간여행은 과거가 바뀌는 순간마다 새로운 세상이 펼쳐진다는 대체 우주모델로 등장하기도 한다. 웜홀이 공간이동 장소로 묘사돼 멀리 떨이진 우주 공간을 짧은 시간에 여행하는 것이다. 하지만 그것은 수많은 우주가 있어야 가능한 일이다. 지금으로선 시간여행의 가능성을 양자역학과 중력의 통합을 통해 밝혀낼 수밖에 없다. 하지만 우주여행을 가능하게 하는 혁신적인 추진기술이 개발돼 성간 여행이 가능하다 해도 양자 순간이동이나 웜홀 등은 상상의 테두리를 벗어나지 못하고 있다. 그렇다고 시간여행이 영원한 불가사의로 남아 있지는 않을 전망이다. 물리학에 대한 새로운 대안 모델을 통해 믿기 어려울 만큼 놀라운 생각들을 실현할 수 있기 때문이다. 우주 어딘가에는 시간 방향성을 갖지 못하는 세계 혹은 시간이 거꾸로 가는 곳이 있을지 모른다.

[참고 인용 자료]

<공상과학 영화로 배우는 과학-멋진항해>( 두벡·모쉬어·보스 지음, 한승 펴냄)

<상대적으로 쉬운 상대성 이론>(배리 파커 지음, 이충환 옮김, 양문 펴냄)

<사이언스 올제>(2002년 10월호, 폴 데이비스 지음)

김수병 기자 hellios@hani.co.kr