특집일반

미래 시간여행 가능할까…시간을 거슬러 갈 순 없나요

<43> 미래 시간여행 가능할까

2차원의 축이 시간에 흐름에 의해 어떤 방향으로든 ‘동적 성질’을 보인다면 이때부터 입체가 생기고, 이것이 우리가 살고 있는 3차원의 세계다.
이론적으로 2020년 타임머신을 타고 웜홀을 통과해 우주 시간여행을 하고 약 1년 뒤 현실로 복귀한다면 현실 시점은 2070년이 된다.
중력으로 인해 얽혀버린 시·공간으로 말미암아 시간과 거리를 단박에, 다시 말해 ‘순간 이동’이 가능해진 통로를 생성시키는데 이것이 바로 ‘웜홀’이다.
상대성원리에 기댄다면 시간여행 시도는 해 볼만하다. 빛보다 빠른 속도란 존재하지 않는다는 ‘로렌츠의 변환식’과 시공간은 중력에 의해 형태를 좌지우지한다는 상대성이론과 그 맥을 같이한다.
상대성원리는 비록 동일한 공간에 처해진 사람들일지언정 각자가 느끼는 시간의 흐름은 결코 동일신 해선 안 된다는 논리다.
시간여행의 선결조건은 ‘빛의 속도’다. 빛의 속도는 초속으로 따져 29만9천792.458km인데 여기서 초속이란 사전적 의미로 한층 더 현실화시키기 위해선 ‘웜홀’이 전제돼야 한다.


우리는 그간 많은 종류의 여행을 듣고, 접하기도 하며, 직접, 혹은 간접적으로나마 느끼고 체험해 왔다. 앞선 연재에서 다룬 ‘우주여행’으로 말미암아 피니쉬를 끊은 줄 알았건만 이젠 하다하다 ‘시간 여행’으로까지 다다랐다.

문제는 앞서 떠나온 여행들이야 간략한 개념파악이나 정보 등의 취합 정도로 훌쩍(?) 떠날 수 있다지만, 이 시간 여행이라는 건 고약하게도 3차원과 4차원, ‘상대성이론’을 일정 부분 득한 후에나 시도해 볼 수 있을 터다.

그도 그럴 것이 지구의 자전과 공전으로 말미암아 돌아가는 자연의 섭리(시간)를 인력으로 되돌리거나 빠르게 감아내기 위해선 거기에 깃든 과학적 요소와 제반 원리를 응당 거슬러 올라가야 할 나름의 책무가 동반된다.

◆3·4차원이 무엇인가

3차원은 쉽게 말해 우리가 살아가는 과거, 현재, 그리고 미래의 세상이다. 여기서 ‘차원’을 이해해보고자 한다면 ‘원점과 ’축‘의 개념부터 되짚어야 한다. 원점 이라함은 모든 축이 맞물리는 이른바 ’만남의 광장‘ 쯤으로 설명될 수 있다.

그렇다면 축이란 뭣을 의미할까. 축은 곧 ‘직선’과 동일선상으로 봐도 무방하다. 다시 말해 축 위의 두 개의 점은 원점과 같은 직선 위에 공존한다. 그러니깐 세 개의 점이 동일선상의 직선 위에 있는 전제하에서 그중 하나는 반드시 원점이어야 한다는 것이다. 이 같은 선결조건이 이뤄질 시 마침내 차원으로 넘어오게 된다.

여기까지 이해가 된다면 차원의 크기가 곧 축의 개수임을 파악할 수 있다. 축이 하나면 1차원, 두 개면 2차원이 되는 셈이다. 1차원은 뒤가 없다. 다시 말해 곡선이 없다는 의미로 풀이되는데, 예를 들어 직선 중 여분 공간이 하나라도 존재함을 가정한다면 이것이 바로 1차원의 세계다.

곡선의 시작은 2차원부터다. 1차원의 축에서 직각을 이루는 또 하나의 축을 만들어냈다면 그것이 바로 2차원이다. 이때부터 트라이앵글이 생성되고 원이 그려지게 된다. 3차원의 이해는 입체성을 지닌 ‘3D’ 기술을 응용하면 되는데, 2차원의 축이 시간에 흐름에 의해 어떤 방향으로든 ‘동적 성질’을 보인다면 이때부터 입체가 생기고, 이것이 우리가 살고 있는 3차원의 세계다.

시간여행을 반드시 가고자 한다면 4차원의 세계에 꾸역꾸역 진입해야 한다. 4차원은 또 다른 말로 3차원을 근간으로 한 ‘상상의 산물’ 정도로 이해해보면 된다. 우선 쉽게 가보자. 4차원은 말 그대로 4가지 차원으로 이뤄진 것을 뜻한다.

축의 개수에 따라 차원이 늘어나듯 우리가 살아가는 3차원 공간에 축을 하나 추가한다면 4차원이 탄생한다는 것이다. 물론 상상이지만은 말이다. 데굴데굴 굴러가는 입체 공(3차원)의 궤적을 상상하는 것이 바로 4차원이라는 의미다.

4차원을 학설적으로 종합하면 공간 축 상에서 이동한 거리와 시간 축 상에서 이동한 거리를 동일시하는 개념이다. 다시 말해 스페이스와 타임을 개별로 보지 않고 하나의 개념으로 본다는 것인데, 시공간이 맞물릴 그 시점이 도래할 적에야 과거 또는 미래로의 여행을 공상이라도 해볼 명분이 우리 앞에 줘진다.

◆절대적 기준의 배제

차원의 이해가 일정 부분 이뤄졌다면 상대성이론에 관한 파악도 덧붙여봐야 한다. 상대성이론의 캐치 프레이즈는 ‘절대적 기준의 배제’라고 우선 보면 된다.

상대성이론에서의 힘이란 시간과 공간의 개념은 개별로 줘진다는 것을 명시한다. 쉽게 말해 비록 동일한 공간에 처해진 사람들일지언정 각자가 느끼는 시간의 흐름은 결코 동일신 해선 안 된다는 논리다.

예를 들어 빠르게 이동하는 사람의 시간은 정지해있는 사람의 시간보다 반대로 느리게 가는 것이고, 개별의 속도로 빠르게 이동 중인 물체는 질량은 증가하는 대신, 길이가 짧아진다는 것.

이 같은 상대성이론에 기댄다면 시간여행 시도 정도는 기대해 볼 법하다. 이는 시간여행 자체가 상대성을 함의하고 있기 때문인데 빛보다 빠른 속도란 존재하지 않는다는 ‘로렌츠의 변환식’과 시공간은 중력에 의해 그 형태를 좌지우지한다는 상대성이론과 그 맥을 같이한다.

결론적으로 3차원의 시점에서 최단시간 내 동선은 2차원 기준, 찰나의 순간을 두고 삽시간에 공간을 이동하는 정도로 가정해볼 수 있는데 이는 곧 중력으로 인해 얽혀버린 시·공간으로 말미암아 시간과 거리를 단박에, 다시 말해 ‘순간 이동’이 가능해진 통로를 생성시킨다.

이것이 바로 ‘웜홀’이다.

◆시간여행의 필수는 ‘빛의 속도’

시간여행의 선결조건은 ‘빛의 속도’다. 빛의 속도는 초속으로 따져 29만9천792.458km인데 여기서 초속이란 사전적 의미로 ‘운동의 시작점에서의 물체 속도’다. 시간 여행 자체가 가상이긴 하지만 이 가상을 한층 더 현실화시키기 위해선 ‘웜홀’이 전제돼야 한다.

웜홀이란 블랙홀과 마찬가지로 중력이 무한정 증가한 시공간으로 정의된다. 사실 가시적 요소로 발굴된 것은 아니다. 그저 이론, 거기에 공상을 덧붙인 현재로선 ‘미지의 공간’ 쯤으로 미뤄 짐작해보면 되겠다.

웜홀에서의 시간 흐름은 매우 느리다. 그 이유는 중력의 영향으로 설명될 수 있는데, 시간을 지체시키는 원인이 중력이며, 그 중력 자체가 웜홀에서는 무한에 근접하기 때문이다. 그렇다면 지금부턴 웜홀을 통과하는 시간여행을 한번 가상해보자. 물론 어느 정도의 과학적 원리는 깃들어 있다.

우선 타임머신이 필요하겠다. 타임머신을 ‘빛보다 빠른 우주선’이라 설정해 둘 필요가 있다. 그런 다음 웜홀의 입구를 지구에 착륙시킨다. 그리고 타임머신은 웜홀의 출구를 단 채 우주로의 시간여행을 시도해 보는 것이다.

이 웜홀은 지구 시간 대비, 약 50배 가까운 시간을 지연시킬 수 있다. 한 마디로 웜홀이 ‘중력장’이 돼준다는 얘기다. 출구를 달고 비행을 떠난 타임머신이 다시 지구로 귀환해 지구에서 대기 중이었던 웜홀의 입구와 맞물리게 한다.

이제는 웜홀의 입구와 출구가 모두 지구상 존재한다. 위에서 언급했듯 시간과 공간은 이미 얽혀있는 상태다. 공상과 과학적 논리가 일정 부분 맞닿아 있는, 그렇지만 어디까지나 ‘상상’이다.

이 지점에서 시간 여행의 비밀이 조금은 해소된다. 2020년에 웜홀을 통과한 타임머신은 우주를 유영하며 나름의 시간여행을 만끽한 후 약 1년이 흐른 뒤 현실로 복귀한다. 그런데 웜홀은 지구 시간과 비교, 50배의 시간 지연을 일으킨다는 것이라 앞서 설명했고, 물리적 시간은 비록 1년의 여행이었지만 지구로의 현실 시점은 출발 후 50년 이 지난 2070년이 된 셈이다.

종합해보자. 타임머신의 출발 시점, 다시 말해 웜홀의 입구는 2020년이며 돌아올 출구는 1년의 50배에 해당하는 2070년, 그러니깐 이 여행객은 50년 전인 2020년의 과거로 회귀하는 상상과도 같은 시간 여행을 경험하게 된 것이다. 여기가 바로 이론과 공상의 접점이다.

우리에게 중력은 단순 지구가 우리에게 행하는 ‘끌어당기는 힘’을 의미하겠으나 시간여행자에게 만큼은 중력이란 시간과 공간의 왜곡을 나타내는 확실한 증거일 것으로 보인다. 다름 아닌 ‘질량’에 의해 말이다.

여기서 하나 더, 시간여행의 필수항목인 ‘뮤온’을 간과해선 안 된다. 우주선 내부에 포함된 고에너지 입자인 뮤온은 수명이 약 100만 분의 2초에 그친다. 이 정도 수명으론 광속으로 떨어진 다 손치더라도 1㎞도 나아가지 못한 채 낙하해버리고 만다. 흔히들 뮤온을 두고 ‘우주 물질’이라고도 부른다.

다만 뮤온이라는 것이 빛의 속도로 이동하기 때문에 ‘역으로의 시간’은 매우 천천히 흐르게 된다. 이는 곧 뮤온에 적용된 시간의 흐름을 더욱 늦춰 미래로의 여행이 가능해진다는 가설로 풀이된다.

흔히들 우리는 이룰 수 있음을 ‘목표’라 하고 이룰 수 없는, 그렇지만 간절해마지 않은 것에 ‘꿈’이라고 지칭한다. 시간 여행이라는 소재란 어찌 보면 과거로 회귀하고픈, 또는 현재를 탈피해 더 나은 미래를 앞서 경험하고 싶은, 그러니깐 인간의 본능적 욕구로 말미암아 탄생한 ‘허상의 산물’ 일 수도 있다.

다만 4차 산업의 모멘텀이 당시만하더라도 소위 말 같지도 않던 상상력의 산물에 빗대 오늘의 현실과 마주한 만큼, 시간 여행, 타임머신, 웜홀로의 흡수를 ‘가능성 있는 유쾌한 상상’ 정도로 기대해봄이 어떨까.

글·사진 군월드 IT사업팀

김종윤 기자 kjyun@idaegu.com
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