시간 여행(time travel)이 가능하다고 하는 스티븐 호킹 > 취미/문학/유머

• 목록

<시간 여행(time travel)이 가능하다고 하는 스티븐 호킹>

만약 인간이 시간여행(time travel)을 할 수 있다면 인간의 삶은 영속성을 가지게 된다. 그러나 자연인으로서 나(자아)를 상실 하게된다. 시간여행(time travel)이 가능하다는 것은 또한 인간이 시간을 통제 할 수 있다는 것이다. 그러나 인간이 시간을 통제 한다는 것은 시간의 정체에 대해 정확히 파악한 후에나 가능하다.

시간(kronos)의 정체에 대해 고대 그리스의 대철학자인 플라톤은 “물리적 우주를 영원한 이상적 세계인 이데아의 그림자에 불과한 것으로 본 그는 시간은 시작도 없고 끝도 없지만 그렇다고 어떤 실체는 아니고 단지 영원이란 실체의 움직이는 그림자에 불과하다고 생각하였다.”

아리스토텔레스은 원칙적으로 플라톤의 생각을 따르지만 시간구조(time structure)에 대한 분석을 시도한다. 그는 더 이상 나눌 수도 없고 쪼갤 수도 없는 지금(to nun)이란 순간(presentmoment)들이 모여 쭉 연결된 선이 시간(time,크로노스)을 이룬다고 생각했다. 따라서 플라톤이나 아리스토텔레스는 시간을 물리적 실체로 보지 않는다.

아우구스티누스는 시간의 시작과 끝을 처음으로 논의하여 시간의 유한성(finite time)을 간파하였고,시간의 물리적인 실체에 대해 다음과 같은 표현으로써 시간의 흐름성을 인식하였다.

"만일 아무 것도 흘러 지나가지 않으면 과거의 시간이란 없을 것이요, 만일 아무 것도 흘러오지 않으면 미래의 시간이 없을 것이며, 만일 아무 것도 현존하지 않는다면, 현재라는 시간이 없으리라는 것을 알고 있다는 사실입니다"(고백록 11권 14장)

아우구스티누스는 시간의 유한성은 인식하였지만 아직도 시간의 물리적 실체에 대해서는 플라톤과 아리스토텔레스와 궤를 같이 하고 있다고 본다.

이후 뉴튼의 절대시간 개념에 의한 물리적 실재설(Absolutism, realistic view)이 등장하면서 시간의 물리적 실체에 조금씩 접근 한다. 근대에 들어와서 아인슈타인의 상대성이론에 의해 최초로 물리적 시간의 수학적 구조에 대한 표현이 가능하게 되면서, 시간과 공간이 위와 같은 두개의 반대적 속성들이 통합되어 설명(특수상대성이론은 시공간의 관계적, 구성적 속성을 수학적으로 규명하고, 일반상대성이론은 시공간의 실재적 속성을 수학적으로 규명함)되기 시작하였으며, 최근에는 초끈이론에 의해 단지 물체가 없는 비어있는 시공간(Empty, vacant, void, vacuum spacetime)과 시공간 자체마저도 존재하기 이전인 태초이전의 완전무(Absolute naught before the Beginning)의 차이가 수학적으로 어느 정도 규명될 정도에까지 이른다.

현대에 들어와서 시간의 물리적 실체에 대해 어느정도 파악한 것으로 생각되지만, 시간(time)의 실체에 대해 논쟁의 여지가 없는 명확한 정의를 내리기 어렵다. 시간은 실존하나 실체를 잡을수 없는 형이상학이 공존하는 대상일뿐!

아직까지 인간이 시간을 통제할 기술을 확보하지 못했다고 보고 있는데, 요즘 인터넷에 시간여행(time travel)자들 이라는 사진이 돌아다닌다.

 

위 사진은 미국의 사회학자이자 사진작가로서 20세기 초반 '아동 노동' 등 사회문제를 카메라로 고발한 것으로 유명한 루이스 하인의 작품이다.

루이스 하인은 1911년 매사추세츠에서 10대 초반의 어린이가 포함한 공장노동자들을 촬영한 것을

해외 네티즌들이 소년이 휴대전화 문자를 보내는 것과 같다고 하면서 21세기에 살던 이가 20세기 초반으로 시간여행을 한 것이라고 주장한다.

 

1928년의 찰리 채플린의 영화 '더 서커스'의 한 장면이다. 휴대폰 통화를 하며 걸어가는 듯한 중년 여성을 보고 시간여행자라고 주장한다. 이에대해 찰리 채플린 영화에 등장한 여인은 휴대전화가 아닌 ‘보청기’를 사용했을 가능성이 크다고 반박하고 있다.

20세기 초반에 사용된 보청 장치는 지금과 달리 기계·공명식이어서 부피가 컸고 모양은 길고 둥근 형태 혹은 짧고 사각형의 장치가 많았으며 사용하는 모습이 꼭 휴대전화를 사용하는 모습과 닮았다.

상기의 사진들은 일부 미스테리 연구자들에 의해 제기된 주장이었고, 사실이 아니라는 것이 판명 되었지만, 시간여행(time travel)이 가능하다는 사람이 나타났는데, 그가 바로 스티븐 호킹이다.

세계적인 물리학자인 영국 스티븐 호킹(68) 박사는 디스커버리채널 다큐멘터리 “스티븐 호킹의 우주”에서 말하길

“인간은 수백만 년 후의 미래로 가서 황폐화된 지구에서 다시 번성할 수 있다면서 이런 주장으로 자신이 미친 사람 취급받아도 개의치 않는다고 말했다. 그는 광속에 가까운 속도로 날 수 있는 우주선에서 하루는 지구에서의 1년과 맞먹을 것이라며 이는 가속 운동을 하는 물체의 주변에서 시간이 느려지기 때문이라고 설명했다. 이어 광속의 우주선을 이용할 경우 80년이면 우리 은하계 끝자락까지 도달할 것이라고 내다봤다.”

호킹 박사는 그러나 과거로의 시간여행은 "원인이 결과에 앞서야 한다는 기본 원칙에 반하기 때문에" 불가능하다고 지적했다.

아인슈타인의 상대성이론이 태동한 지 30년이 지난 후 뉴저지 프린스턴 고등과학원의 쿠르트 괴델이 드디어 시간여행(time travel)을 실현시킬 수 있는 명확한 방정식의 해(解)를 찾아냈다고 발표한다. 우주 자체가 회전을 하면 그 주변의 빛을 끌어당기게 되면서 '일시적인 인과율의 고리'가 실제로 생성될 수 있다는 것이다. 이것을 '닫힌 시간성 곡선(시간성 폐곡선 : closed timelike curve)'이라 부르는데, 괴델은 입자 바로 근처에서는 어떤 경우에도 빛의 속도를 초과함 없이 시간의 닫힌 경로에 따라 움직일 수 있으므로 시간여행을 한 뒤에 정확히 출발 지점, 출발 당시의 시간으로 되돌아올 수 있다고 주장한다. 괴델은 균일한 속도로 회전하는 우주에서는 거대한 반경으로 원운동만 해도 과거로 돌아갈 수 있다는 환상적인 아이디어를 제시했다. 그러나 괴델의 이론은 우리가 살고 있는 팽창하는 우주가 아니라 균일한 속도로 회전하는 우주에만 적용된다는 점이다. 한마디로 괴델 자신의 상상속에서나 가능한 이론 이었던 것이다.

괴델의 발표 이후 시간여행(time travel)에 대한 여러 가지 이론들이 등장하는데, 그 중 가장 유명한 것이 바로 웜홀(worm hole)을 이용하는 것이다.

 

웜홀(worm hole)은 1975년에 발표된 스티븐 호킹의 블랙홀 이론에 따라 1988년에 미국 캘리포니아 공과대학의 손(Kip S. Thorne) 교수 등이 보다 구체적으로 발전시킨다.

<스티븐 호킹 블랙홀 이론>

호킹 박사가 1975년에 발표한 블랙홀에 대한 설명은 다음과 같다.

“거대 질량이 수축 붕괴해 생긴 '무한히 작은 점'인 블랙홀에는 엄청난 중력이 존재해 모든 것을 빨아들여 파괴되므로 블랙홀에는 아무런 구조도 정보도 없다는 것을 순수한 수학적 계산을 통해 입증했다.”

그는 블랙홀은 블랙홀 중력의 가장자리('사건의 지평선')에선 이른바 '호킹 복사'라는 에너지 방출이 일어나 블랙홀은 결국 질량을 잃어 소멸한다고 밝혔다. 호킹 복사는 애초 정보가 아닌 소실된 정보이므로, 결국 과거의 정보는 블랙홀 소멸과 더불어 '흔적 없이 존재를 상실한다'는 이야기이다.

호킹은 일반 사람들의 상식과는 달리 블랙홀은 소모한 에너지만큼 홀쪽해지기도 하며 마침내 증발하기도 한다고 발표한다. 미니 블랙홀이 에너지를 내뿜을 때는 검은색이 아닌 흰색이 될 수도 있다는 것이다. 현재까지의 이론에 의하면 미니 블랙홀이 소멸되면 그 자리에는 빛만 남게 된다. 이것이 유명한 호킹 박사의 증발 이론으로 이 이론에 따르면 앞에서 말한바와 같이 웜홀(worm hole)을 통해 시간이동이 가능하며 다른 우주가 있을 수 있다는 상상도 가능하게 해 주는 것이다.

웜홀(worm hole)이란 블랙홀과 화이트홀 두 곳을 잇는 시공간의 좁은 통로를 의미한다. 블랙홀이 회전할 때 만들어지며, 그 속도가 빠를수록 만들기 쉬워진다. 웜홀(worm hole)을 지나 성간여행이나 은하간 여행을 할 때, 훨씬 짧은 시간 안에 우주의 한 쪽에서 다른 쪽으로 도달할 수 있다. 이 때, 블랙홀은 입구가 되고 화이트홀은 출구가 된다. 블랙홀은 빨리 회전하면 회전할수록 웜홀(worm hole)을 만들기 쉽고 전혀 회전하지 않는 블랙홀은 웜홀(worm hole)을 만들 수 없다.

웜홀(worm hole)을 이해하려면 우주에 있다는 블랙홀과 화이트홀을 이해해야 한다. 세 가지 홀은 모두 우리의 상식에서 벗어난 이상한 천체(시공간)라는 공통점이 있다. 이들 세 홀이 우리가 잘 알고 있는 지구나 태양의 중력에 비해 엄청나게 규모가 크기 때문이다.

블랙홀의 특징은 막대한 중력을 가지고 그 주변의 모든 물체를 일방적으로 삼켜버리는 데 있다. 블랙홀에 들어간 물체가 빠져나올 수 없는 것은 탈출속도가 중력을 이기지 못하기 때문이다. 블랙홀은 별의 진화이론에 따라 생긴 이론으로 일반적으로 별의 진화에서 마지막 단계에 이르면 여러 가지 변수가 생긴다. 그 중에서도 질량이 큰 별, 특히 태양보다 30배 이상 질량이 큰 별은 블랙홀이 되어 생을 마감한다.

NASA는 '허블 우주망원경 통계에 따르면 대부분의 은하에 거대한 블랙홀이 있다'라고 결론을 지었다. 블랙홀은 여느 은하만큼이나 흔한 천체라는 뜻이다.

이러한 블랙홀이 회전할 때 웜홀(worm hole)이 생기게 된다는 것이다. 아인슈타인에 따르면 시공간의 구부러짐은 중력에 의한다고 볼 수 있으므로 여기서는 강한 중력이 작용할 것으로 짐작한다. 이것이 블랙홀과 웜홀(worm hole)이 서로 관련을 갖고 있다고 생각하는 이유이다. 화이트홀은 수학적으로는 블랙홀을 시간적으로 뒤집은 것이다. 화이트홀은 블랙홀과는 반대로 물체를 일방적으로 뱉어내는 구멍이므로 일반상식으로 이해하는 것이 쉽지 않지만 물리학자들은 이론적으로 가능하다고 설명한다.

결국 웜홀(worm hole)을 이용하여 시간여행(time travel)이 가능하다는 이야기는, 즉 웜홀(worm hole)은 기관(throat) 모양의 관으로 연결된 두 개의 입구를 갖고 있으며, 시간여행자는 웜홀(worm hole)의 한쪽 입구로 빨려 들어가 기관을 따라 내려가서는 아주 짧은 순간에 다른 쪽 입구로 빠져나올 수 있어 시간여행(time travel)이 가능하다는 것이다. 손(Kip S. Thorne) 교수가 주장한 이론을 보면 웜홀(worm hole)을 출구가 있는 블랙홀로 여겨 반중력 상태의 음에너지를 이용해 만들어낼 수 있다는 것이다. 그러나 음에너지 상태의 특이한 물질은 지금까지 구현되지 않고 있다. 또한 웜홀(worm hole) 이론의 중대한 모순이 있는데, 웜홀(worm hole)의 한쪽을 담당하는 화이트홀의 존재가 증명된 바 없다는 것이다. 현재 인간의 능력으로 웜홀(worm hole)을 만들 수는 없다. 설령 가까운 우주속에 자연적으로 생성된 웜홀(worm hole)이 존재한다 할 지라도 이러한 이론을 입증 하기 위해 그곳까지 갈수 있는 비행체가 없다. 또한 그런 비행체를 개발하여 웜홀(worm hole)에 도달 하였다고 하자. 블랙홀과 화이트홀을 연결해 주고 이 두 통로를 붕괴되지 않게 해 주는 것이 바로 웜홀(worm hole)이다. 웜홀(worm hole)은 평범하지 않은 특이한 물질로 이어져 있고, 이 물질의 장력 때문에 무너지지 않을 수 있다는 것인데, 문제는 웜홀(worm hole)을 지탱할 수 있게 하는 평범하지 않은 물질의 존재 여부다. 이 물질은 빛을 정력적으로 넓게 퍼트리는 성질을 가지고 있어야 한다는 것, 다시말해서 반중력 효과를 가지고 있어야 함을 말한다. 이러한 성질을 가지는 물질이 현재로써 물체를 통과시킬지 여부는 미지수이다. 따라서 웜홀(worm hole) 주위의 물질에너지의 영향으로 비행체나 인간이 뭉개질 수 있기 때문이다. 따라서 인간의 능력이 비약적으로 발전하지 않는한 웜홀(worm hole)을 통한 시간여행(time travel)은 머릿속에만 존재하는 가상 이론일 수 밖에 없다.

과학계에서 이론적으로만 존재하던 시간여행(time travel)의 가능성을 현실화 시켜버린 사람들이 나타나는데, 공상과학소설가, SF 영화감독 등이 이러한 분류에 속한다.

조지 웰스가 1895년에 발표한 소설 『타임머신』에 그가 고안한 작품 속의 타임머신 장치는 오늘날 시간여행(time travel)을 의미하는 고유명사로 불리워진다.

1930년대 중반에 미국의 냇 샤크너는 『선조의 목소리』를 통해 타임머신의 심각한 문제점에 대해 지적했다. 이 소설의 주인공은 타임머신을 타고 멸망 직전의 로마제국으로 갔다가 우연히 자신을 습격한 훈(Hun)족 사나이를 살해한다. 그로 말미암아 그 사나이의 후손인 게르만계, 유태계 혈손들이 순식간에 사라진다는 이야기이다. 또한 SF 영화중 <백투더 퓨처>은 매우 극적인 미래와 과거의 이야기를 주제로 삼았는데 『선조의 목소리』에서 많은 아이디어를 차용한 듯 보인다. <백투더 퓨처>에서 나오는 시간여행(time travel) 장치는 자동차로 묘사 한다. 이는 조지 웰스가 1895년에 발표한 소설 『타임머신』 작품 속의 타임머신 장치를 모태로 하여 영화제작 시기에 맞게 표현한 것이다.

타임머신(Time machine)이란 미래나 과거로 시간여행(time travel)을 할 수 있게 하는 기계나 장치를 말한다. <백투더 퓨처>에서 인용한 자동차 타임머신(Time machine)의 기본원리는 다량의 전기에너지를 이용 빛의 속도를 내게 하여 그 속의 물체를 과거나 미래로 전송하는 방식이다. 이는 아인슈타인의 상대성이론을 차용 한 것 같다. 즉 시간여행(time travel)이 가능 하려면 광속(speed of light)에 가까워야 한다는 것이다. 광속(speed of light)을 천문학적 거리측정 수치로 나타내면 빛이 1년에 통과하는 거리 9.4605×10¹²km(약 10조㎞)를 1광년(光年)이라 하며, 매초 약 30만km를 이동한다. 그러나 아인슈타인은 “어떠한 물체도 빛의 속도를 넘는 것은 불가능하다.” 라고 하였고, 현재까지 인간은 빛의 속도를 넘는 물체를 만들지 못했다. 두 쉔왕(Du Shengwang)이 맡고있는 홍콩과학기술대학의 연구팀은 광자 1개가 '우주의 이동 법칙에 따르고 있다' 라는 것을 증명했다고 발표한다.

시간여행(time travel)의 가능성은 과학자들이 빛을 넘는 '초광속'의 빛펄스의 전파를 특정 매체로 발견한 것으로부터 부상하기 시작했다. 그 후 그러한 현상은 단순한 시각효과 라는 것을 알아냈지만, 연구자들은 광자 1개가 광속을 넘을 가능성이 있을지 모른다고 생각 해 왔다. 이로인해 두 쉔왕(Du Shengwang)은 아인슈타인이 맞다고 생각하고 토론을 종식시키기 위해 사상최초로 광자 1개의 최고속도를 측정했다는 것이다.

따라서 <백투더 퓨처>의 타임머신(Time machine) 원리로는 시간여행(time travel)은 불가능하다. 이후에 상영된 <터미네이터>도 이러한 기본적인 원리에서 못 벗어 나고 있다. 하지만 이는 영화이기에 우리에게 주는 영향은 그리 크지 않는다.

2000년에 자신은 2036년 미래에서 온 시간여행(time travel)자라고 하는 존 티토(John Titor)가 등장한다. 존 티토(John Titor)의 예언도 유명 하지만 우리의 관심을 끄는 것은 존 티토(John Titor)의 타임머신(Time machine)이다.

존 티토(John Titor)는 2000년 11월 그는 웹 BBS에 자신이 찍은 타임머신(Time machine)의 사진을 공개하였는데, 자신의 타임머신(Time machine)은 미국 제너럴일렉트릭사가 생산한 것으로 차에 장착하여 사용, 마치 백투터 퓨처의 주인공처럼 과거로 돌아갈 수 있다고 말했다. 그는 그 타임머신(Time machine)을 조작하는 설명서를 BBS에 올렸는데, 다음과 같다.

타임머신(Time machine)에 도달하고자 하는 연도와 날짜, 시각의 좌표를 입력하고 시동을 건다. 중력장이 형성되고, 탑승자의 신체를 포함시킨다. 탑승자는 상승 중인 엘리베이터를 타고 있는 느낌이 계속된다. 장치가 가속함에 따라 주위의 빛이 굴절하고, 일정 상태가 되면 자외선이 폭발한다.주위가 차례로 어두워지며 완전히 암흑인 상태가 된다. 풍경이 원래대로 돌아오며 시간 여행이 완료된다. 최대 출력으로 약 10년간 비행하는데 약 1시간 정도가 걸린다고 한다.

각종 영화의 내용과 기초적인 이론을 짜깁기한 티가 난다. 존 티토(John Titor)는 또한 타임머신(Time machine)은 2034년에 유럽 입자물리연구소(CERN)에 의해 시제품 1호기가 실용화 되었다고 한다. 우연인지는 몰라도 존 티토(John Titor)의 예언처럼 유럽 입자물리연구소(CERN)는 2008년 5월에 모종의 실험을 한다.

 

러시아의 스테콜로프 수학연구소(Steklov Mathematical Institute)의 수리물리학자 이리나 아레프에바(Irina Aref’eva) 교수와 이고르 볼로비치(Igor Volovich) 박사가 원자 분열 실험에 의한 타임터널 생성 가능성을 주장했다고 과학 전문지 뉴사이언티스트가 보도했다.

이들이 타임터널의 가능성을 주장한 실험은 오는 5월 예정된 유럽입자물리연구소(CERN)의 원자분열 실험이다.

CERN은 ‘빅뱅 이론’과 관련해 우주의 생성 직후 상황을 연구하기 위한 실험을 계획하고 있다. 제네바 인근 지하 공간에서 실시될 이 실험에서 빅뱅 바로 뒤의 엄청난 빛과 에너지를 원자분열을 통해 재현할 예정이다.

러시아의 과학자들은 이 실험 과정에서 우주 조직의 균열이 생길 수 있다고 주장했다. 이들은 아인슈타인의 상대성 이론을 근거로 “미립자가 빛에 가까운 속도로 충돌하면서 시간의 문이 열리게 될 것”이라며 “만약 에너지가 충분하다면 현재와 미래를 잇는 시간터널도 가능하다.”고 밝혔다.

그러나 CERN의 브레인 콕스 박사는 “상상력 좋은 SF소설에 불과할 뿐”이라며 러시아 과학자들의 주장을 일축했다. 이어 “우주공간의 물질과 우주선의 충돌에 의해 생기는 에너지는 우리가 만들 수 있는 것보다 훨씬 크다. 그러나 지금까지 단 한번도 시간을 벗어나는 일은 없었다.”고 덧붙였다.

CERN의 브레인 콕스 박사가 말한 “우주공간의 물질과 우주선의 충돌에 의해 생기는 에너지”라는 것은 바로 뮤온(Muon)으로 고에너지 입자 중 하나이다.

뮤온(Muon)의 수명은 약 백만 분의 1초다. 그러나 스위스의 '유럽 입자물리연구소'의 초대형 가속기에서 뮤온(Muon)을 광속에 근접하게 가속하면 수명이 늘어난다는 것을 알았다. 과학자들은 이렇게 뮤온(Muon)에 적용되는 시간의 속도를 늦춰 미래로 보낼 수 있다고 한다. 하지만 이 속도를 이용한 타임머신(Time machine)에는 문제점이 있다. 아인슈타인의 공식에 따르면 모든 질량에는 그에 합당한 에너지가 존재하며 물체가 운동 에너지를 얻으면 질량도 증가한다. 입자가 무거워질수록 입자를 움직이기 위해 더 많은 에너지를 공급해야 하고, 광속에 도달하려면 무한의 에너지가 필요한데, 현재 기술과 이론으로는 광속에 근접하는 기술만 확보 하고 있다.

이렇듯 시간여행(time travel)은 100여년에 걸쳐 대중의 관심을 사로잡았다. 비단 영화가 아니라 해도 누구나 시간의 흐름을 거스르는 여행을 꿈꾸게 마련이다. 요즘의 복잡다단한 현실은 미래로 훌쩍 떠나고픈 욕망을 자극하기도 한다. 대부분의 물리학자들은 시간여행(time travel)의 가능성을 부정한다. 과거로의 시간여행(time travel)은 물리학의 근간을 이루는 원인이 결과에 시간적으로 앞선다는 ‘인과율’을 부정할 수밖에 없는 탓이다.

현재 시간에 관한 생각은 너무나 단순하다. 우리가 생각하는 과거는 경험에서 이미 지나간 것이고, 미래는 어둠에 싸여 아직 세부적인 것이 형성되지 않은 것이다. 미래는 금방 지나가 버리는 현재의 사실로 바뀐 뒤 과거로 흘러간다. 시간을 통제 하려는 인간의 욕망은 어리석음 일까? 아니면 인간의 결정론적 사고에 기인 하는 것일까? 어떤이는 말한다.

시간은 존재 하지 않는다. 우주는 불규칙한 어떤 알수 없는 존재이다. 그 불규칙한 존재에서 규칙적인 시간을 정의 하는것 자체가 모순이다. 시간은 단지 불규칙한 것들을 규칙적으로 꾸미기 위한 수단이고 정렬이라 한다. 그리고 시간여행(time travel)은 불가능 하다. 어떤 존재가 아무리 빨리 이동해도 변하는것은 없다. 어떤 초자연적인 현상으로도 1초 뒤,1초 후로 우주에 존재 하는 모든것은 되돌리거나 앞설수 없다. 불규칙한 모든것이 어떤 특정한 것만 제외하고 되돌릴수도 없고 앞서 갈수도 없다.

타임머신(Time machine)의 가능성에 가속도를 붙인 스티븐 호킹 역시도 타임머신(Time machine)의 기계적 제작이 불가능하다는 것을 알았기에, 이런 기술적인 문제를 열외로 치고 블랙혹의 비대칭성으로 시간여행(time travel)의 가능성만을 제시했을 뿐이다.