웜홀과 시간여행

안녕하세요. 

스티븐 호킹 박사의 "그림으로 보는 시간의 역사"책을 읽으며 내용을 포스팅 하고 있습니다.  원제목은 "The illustrated a brief history of time" 입니다. 

지난 시간에서 이야기했던 웜홀과 시간여행에 대해서 계속 이야기 해보겠습니다. 

우리가 광속보다 빠르게 이동할 수 있다면 시간여행이 가능하겠지만 입자가속기 실험들을 통해 그런 일은 불가능하다는 것을 알게 되었습니다. 

하지만 우리는 웜홀을 통해 시간여행의 가능성을 찾아볼 수 있습니다. 시공간을 휘게 만들어  공간과 공간사이에 지름길을 만든다면 말이죠. 

웜홀은 머리 떨어져 있는 두 개의 공간을 연결할 수 있는 시공간의 편평한 두 영역을 연결 시킬 수 있습니다. 시공의 얇은 관형태인 것입니다. 

웜홀은 과학소설가들에 의해 생겨난 개념이 아닙니다. 바로 1935년 아인슈타인과 네이선 로젠이 일반상대성이론이 웜홀을 허용함을 입증하는 논문을 발표한 것에 비롯된 것입니다. 

당시 논문에는 웜홀이 아니라 다리(bridge)라는 용어가 씌어졌습니다. 아인슈타인과 로젠의 다리는 우주선이 통과할 만큼 오랫동안 지속되지 않습니다. 웜홀이 좁아지게 되면 우주선은 특이점으로 빨려들어가게 될 것입니다. 

그러나 만약에 미래에 인류가 더욱 진보하게 된다면 이 웜홀을 열어둘 수 있게 될지도 모릅니다. 

또한 우리는 시공간이 휠 수 있다는 실험적인 증거를 일식이 벌어지는 동안 휘어지는 빛을 통해 알 수 있습니다.  그리고 시간여행을 위해 필요한 방식으로 시공간이 휠 수 있음을 캐시미어 효과를 통해서도 알 수 있습니다. 그럼으로써 과학이 진보하면 언젠가는 시간여행이 가능할지도 모르겠습니다. 

만약 우리가 과거로의 시간여행이 가능하다면 우리는 과거로가서 역사를 다시 바꿀 수 있을까요?

 

여기에 대해 리처드 파인먼은 양자역학을 통해 우주가 단일한 역사만을 가지지는 않았다고 이야기 합니다.  우주는 가능한 모든 역사들을 자겼습니다. 그 역사들은 가각의 확률을 가지는 것이지요. 

파인먼은 총합에서 각각의 역사는 하나의 완전한 시공과 그 속에 들어 있는 모든 것으로 이루진다고 보았죠. 시공간은 우주선을 타고 과거로 갈 수 있을정도로 휘어져 있을수는 있지만 우주선은 동일한 시공간, 즉 동일한 역사에 남아 있을 것이라는 것입니다. 

이런 파인먼의 역사총합이론은 미시적 크기에서의 과거여행을 허용합니다. 

시간적으로 앞으로 나아가는 입자는 시간적으로 뒤로 나아가는 입자와 등가입니다. 빈 공간은 하나로 태어났다가 분리된 후 다시 합쳐져서 쌍소멸하는 가상입자와 반입자 쌍들로 가득차 있습니다. 

따라서 우리는 입자쌍을 시공 속의 닫힌 고리 위에서 움직이는 단일한 입자로 간주할 수 있습니다. 그 쌍이 시간상에 앞으로 진행할 때 그것은 입자라고 불리우게 됩ㅂ니다. 

그러나 반대로 그 입자가 시간적으로 뒤로 여행할 때 그 입자는 앞으로 진행하는 입자의 반입자라고 불리우게 됩니다. 

블랙홀이 입자와 복사를 어떻게 방출하는지에 대한 설명은 가상입자와 반입자 쌍중 하나가 블래홀 속으로 떨어짐으로써 다른 하나가 쌍소멸을 일으킬 짝을 잃게 된다는 것입니다. 

만약 그 입자가 블랙홀 근처를 벗어난다면 우리에게는 블랙홀에서 입자가 방출되는 것처럼 보일 것입니다. 

양자이론은 거시적인 크기에서 시간여행을 허용할 수 있을까요? 만약 허용될 수 있다면 우리가 역사를 뒤트리게 하여 문제를 일으키지 않는 이유는 무엇일까요? 

여기서 스티븐 호킹은 시간순서 보호관 가설 ( chronology protection conjecture )로 설명하려 합니다.  물리법칙들이 거시적인 물체가 정보를 나르지 못하도록 가로막는다는 것입니다. 하지만 증거가 입증되지는 않았지요. 

어쨌든 결론적으로 인류에게 시간여행의 가능성은 남아 있습니다.