시간 왜곡을 어떻게 찾을 것인가?

공상 과학 소설처럼 들릴 수도 있지만, 과학자들은 이미 시간 왜곡을 발견했습니다. 시간 왜곡이란 시간의 흐름을 빠르게 하거나 느리게 하여 시간의 흐름을 바꾸는 현상입니다. 물리학자들은 100년 넘게 시간 왜곡에 대해 알고 있었으며, 이들은 "우리는 지금 일종의 시간 왜곡 위에 서 있다"라고 주장합니다. 1905년 알베르트 아인슈타인은 특수 상대성 이론을 발표했습니다. 그리고 10년 후 아인슈타인은 일반 상대성 이론에 대한 속편을 발표했습니다. 이 이론에서 아인슈타인은 "중력은 우주의 구조인 공간과 시간의 구조인 곡선의 속성"이라고 명시했습니다. 해당 이론에 따르면 질량이 있는 모든 것은 시간을 왜곡할 수 있습니다. 당연히 크기가 더 큰 것은 시간을 더 잘 왜곡합니다. 태양보다 질량이 수십억 배 더 큰 블랙홀은 무게가 무거우며, 이는 시간 왜곡 가능성이 크다는 것을 의미합니다. 블랙홀에 접근하면 물체의 중력으로 인해 시간이 팽창하고 외부 관찰자와 비교했을 때보다 일이 훨씬 더 느리게 진행됩니다. 그러나 여행에서 돌아오길 희망한다면 블랙홀은 결코 좋은 타임머신이 될 수 없습니다. 사건의 지평선이라는 특정 지점을 지나면 당신과 당신이 가지고 있는 모든 것은 결코 다시 돌아올 수 없습니다. 심지어 이것은 빛도 아닙니다. 이러한 이유에서 여기에는 블랙홀이라는 이름이 붙었습니다.

 

태양과 지구는 눈에 띄는 규모로 시간을 확장할 수 있습니다. 지난 2007년 중력 탐사선 B로 알려진 나사의 위성은 지구가 주변 공간을 어떻게 왜곡하는지 관찰하여 일반 상대성 이론을 99% 정확도로 확인했습니다. 만일 우리가 높은 산꼭대기에 살고 있다고 가정한다면 우리는 실제로 중력의 힘이 더 강한 바다에 사는 사람들보다 더 빨리 늙어갈 것입니다. 이는 시간이 더 느리게 흐른다는 뜻입니다. 과학자들은 "노화의 가속화는 전혀 감지할 수 없는 속도로 일어날 것"이라고 부연했습니다. 시간 확장은 빠르게 움직여도 달성할 수 있습니다. 특수 상대성 이론은 "더 빠르게 이동하면 정지된 시점에 비해 시간이 느려질 수 있다"라고 주장합니다. 속도와 중력으로 인한 이러한 시간 왜곡은 일상생활에서 휴대폰의 GPS를 사용하여 위치를 찾을 때마다 나타납니다. 매사추세츠주 메드포드에 있는 터프츠 대학교 우주론 연구소의 교수 켄 올럼은 "GPS 위성은 위성에 매우 정확한 시계를 탑재하여 작동한다"라며 운을 뗐습니다. 올럼은 "위성의 시계는 지구로부터의 거리에 따라 다른 속도로 움직인다. 이것은 또한 위성의 움직임에 따라 다른 속도로 움직인다"라고 설명했습니다. GPS가 사용자의 위치를 정확하게 보고하려면 위성이 시간을 계산할 때 일반 상대성 이론과 특수 상대성 이론을 고려해야 합니다.

 

물론 시간을 왜곡하는 거대한 물체가 공상 과학 작가들이 즐겨 쓰는 시간 여행과 완벽하게 일치하지는 않습니다. 뉴질랜드 오클랜드 대학의 물리학 연구원인 벤저민 슐라어는 "타임머신을 포함하는 일반 상대성 이론의 해법은 정말 기괴하고 실제 우주에서는 거의 확실히 불가능하다는 것이 일반적인 합의"라고 단언했습니다. 다만 몇 가지 옵션은 존재합니다. 가능성이 낮은 첫 번째 옵션은 웜홀입니다. 웜홀은 물질과 빛이 통과할 수 있고 공간의 곡선으로 인해 생성되는 이론적 다리입니다. 일부 이론에서는 이러한 웜홀이 초기 우주에서 미세한 수준으로 존재했다고 예측하지만, 이것은 불안정할 가능성이 높으며, 빠르게 붕괴되었을 것이라는 점도 발견됐습니다. 웜홀이 실제로 시간 여행을 위해 작동하기 위해서는 일종의 이국적인 물질이 필요합니다. 이론에서는 웜홀을 안정시키기 위한 방법으로 주변의 모든 것을 구성하는 물질과 근본적으로 다른 알려지지 않은 외래 물질이 음의 질량과 압력을 가져야 한다고 말합니다. 하지만 과학자들은 이를 본 적이 없으며, 앞으로도 발견할 수 없을 것으로 예상합니다.

 

두 번째 옵션에는 우주 문자열이 포함됩니다. 우주 끈은 존재한다면 극히 작은 가상의 에너지 튜브입니다. 이론에서는 "서로 빠른 속도로 움직이는 두 줄이 타임머신처럼 작동할 수 있는 시공간에서 닫힌곡선을 만드는 것과 같이 이상한 방식으로 시간을 변경할 수 있다"라고 예측합니다. 그러나 이 효과를 볼 수 있을 만큼 줄의 속도를 높이기 위해서는 무한한 양의 에너지가 필요합니다. 슐라어는 "정확히 말하면 토요일 오후나 오후에 할 수 있는 일은 아니다"라고 말을 보탰습니다. 미래에 외래 물질이나 시간 왜곡을 찾을 수 있는 희망이 있다면 관측 우주론을 통해 발견될 가능성이 높으며, 이는 새롭고 예상치 못한 발견으로 나타날 수 있습니다. 슐라어는 "극단적인 체제로 가면 실제로 존재하는 것에 대한 소위 안전한 가정이 모두 사실이 아니리라는 것이 매우 분명하다"라면서 "우리는 이것이 우주론 분야에서 우리가 묻고 답할 수 있는 질문이기를 바란다"라고 덧붙였습니다.