시간 여행(time travel)이 가능하다고 하는 스티븐 호킹

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..