CASS 동아리 이야기
C.O.P 편
과학·기술기타
여러분은 시간여행이 가능하다고 생각하시나요? 영화 인터스텔라에서 주인공이 블랙홀 옆을 잠깐 지나갈 때 지구 시간으로 51년의 시간이 흘러 나중에 자신의 딸과 만날 때 자신의 딸 보다 더 젊게 나오는 장면을 볼 수 있습니다. 다들 이 장면을 보실 때 영화니까 허구를 섞어서 장면을 만들었구나 라고 생각하실 수 있습니다. 하지만 이 글을 끝까지 읽어 보신다면 생각이 달라질 수도 있습니다.
지금부터 시간여행이 실제로 가능한 것인지, 만약 가능하다면 어떻게 할 수 있는지에 대해 알려드리겠습니다.
먼저 여러분은 시간여행이 무엇이라고 생각하시나요? 과거로 돌아가는 것? 아님 미래로 가는 것? 둘 다 맞습니다. 하지만 이 글에서는 미래로 가는 시간여행만을 다룰 것입니다. 그렇다면 어떻게 미래로 시간여행을 할 수 있을까요?
먼저 미래로 간다는 것의 핵심은 나에게 적용되는 시간 이외의 모든 시간들이 나에게 적용되는 시간보다 빠르게 흐른다는 개념입니다. 하지만 여러분은 여기서 “시간은 모든 사람에게 동일하게 적용되는 거 아니였어?”라는 의문이 들 것입니다. 그렇다면 실제로 시간은 모두에게 동일하게 적용될까요? 대부분은 모든 사람에게 시간은 동일하게 주어진다고 생각하시고 계실 겁니다. 그렇기 때문에 시간은 모두에게 동일하게 적용된다고 생각하는 게 당연합니다.
하지만 시간은 모두에게 동일하게 적용되지 않습니다. 그렇다는 말은 사람마다 시간이 다르게 흐른다는 말인데, 어떻게 사람마다 시간이 다르게 흘러갈 수 있을까요?
시간을 변하게 하는 요인은 크게 두 가지로 볼 수 있습니다. 첫 번째 요인은 바로 속력입니다. 시간여행과 속력, 보기에는 아무런 관련이 없어 보이죠? 하지만 이 둘은 아주 밀접한 관련이 있습니다. 어떤 한 물체의 속력이 빨라지면 그 물체에 작용하는 시간은 멈춰있던 시점보다 더 느리게 흐르게 됩니다. 더 쉽게 이해하기 위해, 예를 들어보겠습니다. 위아래로 마주 보고 있는 두 거울이 있고 두 거울 사이를 1초마다 왕복하는 빛을 활용한 시계가 있다고 가정해 봅시다. 이 시계가 가만히 있다면 빛은 거울 사이를 일직선 형태로 왕복 운동할 것입니다. 하지만 시계가 옆으로 움직인 다면, 우리는 이 시계를 관측할 때, 두 거울 사이에서 위아래로 움직이던 빛은 거울과 함께 옆으로, 즉 대각선 방향으로 이동한다고 보게 됩니다. 그럼 빛의 입장에서 빛은 1초에 한 번씩 직선으로 왕복하지만, 관측자인 우리 입장에선 빛이 대각선으로 이동하는 것으로 보이기 때문에 1초 보다 더 느리게 이동하는 것처럼 보이게 됩니다. 그렇기 때문에 우리가 빠르게 이동할수록 우리에게 적용되는 시간은 다른 사람들보다 더 느리게 흘러가게 되는 것입니다.
시간을 변하게 하는 두 번째 요인은 바로 중력입니다. 중력은 어떻게 시간을 변하게 하는 것일까요? 그전에 먼저, 중력이 무엇인지 알 필요가 있습니다. 원래 여러분들은 중력은 지구가 물체를 잡아당기는 힘이라고 알고 있을 겁니다. 하지만 중력의 본질적 의미는, 질량을 가진 물체가 가지는 주변의 시공간을 휘게 하는 힘입니다. 중력이 클수록 시공간은 많이 휘게 되는데, 시공간이 많이 휜 곳에서는 시간이 더욱 느리게 가게 됩니다. 예를 들어 천을 시공간이라고 하고 쇠 공을 질량을 가지고 있는 물체라고 생각해 봅시다. 공중에서 천을 넓게 펼쳐 팽팽한 상태로 있다고 가정하면, 그 후 천 가운데에 무거운 쇠 공을 두었을 때, 천은 쇠 공 주변으로 움푹 들어갈 것입니다. 바로 이 원리가 중력 작용의 메커니즘입니다. 질량이 있는 물체가 시공간에 존재하게 되면 시공간이 휘게 됩니다. 그럼 원래의 길이보다 시공간이 훨씬 더 길어져 중력이 큰 물체 옆 공간에 작용하는 시간은 느리게 흐릅니다. 그렇기 때문에 인터스텔라에서 질량이 매우 큰 블랙홀을 지날 때 시간이 매우 느리게 흐른 것입니다.
최근 2024년, 자레드 푹스(Jared Fuchs) 연구진은 아주 신기한 현상을 발견했습니다. 예전에는 시간여행을 하기 위해서는 우주에 존재하는지 조차 의문인 물질인 ‘음의 에너지’가 엄청나게 필요하다고 생각했습니다. 그런데 자레드 푹스(Jared Fuchs) 연구팀은 우리가 주변에서 흔히 볼 수 있는 평범한 물질들을 아주 정교하게 우주선에 껍질처럼 감싸기만 해도, 물리 법칙을 어기지 않고 시공간을 휘게 만들 수 있다는 것을 증명했습니다. 이렇게 최근 연구에서도 시간여행을 주제로 한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 만약 여러분은 나중에 시간여행 장치가 발명된다면 사용해 보실 건가요?