시간여행이 가능한가?

물리학 법칙은 시간 여행을 허용합니다. 그렇다면 왜 사람들은 연대순 호퍼가 되지 않았을까요?

영화에서 시간 여행자는 일반적으로 기계 안으로 들어가 휙 사라지곤 합니다. 그런 다음 카우보이, 기사 또는 공룡 사이에서 즉시 다시 나타납니다. 이 영화들이 보여주는 것은 기본적으로 시간 순간이동이다.

과학자들은 이러한 개념이 현실 세계에서 일어날 가능성이 없다고 생각하지만, 시간 여행을 괴짜 영역으로 국한시키지도 않습니다. 사실, 물리학 법칙은 연대순으로의 호핑을 허용할 수도 있지만, 악마는 세부 사항에 있습니다.

가까운 미래로의 시간 여행은 쉽습니다. 현재 초당 1초의 속도로 여행하고 있으며 물리학자들은 속도가 바뀔 수 있다고 말합니다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면 시간의 흐름은 움직이는 속도에 따라 달라집니다. 더 빨리 여행할수록 초가 더 느리게 지나갑니다. 그리고 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면 중력은 시계에도 영향을 미칩니다. 근처의 중력이 강할수록 시간은 더 느리게 흐릅니다.

드렉셀 대학의 우주론자인 데이브 골드버그(Dave Goldberg)는 "거대한 물체 근처, 즉 중성자별 표면 근처나 심지어 지구 표면 근처에서는 비록 작은 효과일지라도 시간은 멀리 있을 때보다 느리게 흐른다"고 말합니다.

중력이 어마어마한 블랙홀 가장자리 근처에서 사람이 놀고 있다면 지구상의 누군가에게는 1,000년이 걸리는 반면, 골드버그는 그들에게는 단지 몇 시간밖에 지나지 않을 것이라고 말합니다. 블랙홀 근처에 있던 사람이 이 행성으로 돌아왔다면 사실상 미래로 여행을 갔을 ​​것이다. "이것은 실제 효과입니다"라고 그는 말합니다. "그것은 전혀 논란의 여지가 없습니다."

하지만 시간을 거슬러 올라가는 것은 까다롭습니다(블랙홀 내부에서 갈가리 찢어지는 것보다 더 까다롭습니다). 과학자들은 그것이 가능할 수 있는 몇 가지 방법을 생각해 냈으며 수십 년 동안 일반 상대성 이론의 시간 여행 역설을 알고 있었습니다. 북유럽 이론 물리학 연구소(Nordic Institute for Theoretical Physics)의 물리학자인 파비오 코스타(Fabio Costa)는 시간 여행에 대한 초기 해결책이 1920년대에 작성된 시나리오에서 시작되었다고 지적합니다. 그 아이디어에는 손바닥 사이에 굴러다니는 짚처럼 빠르게 회전하는 거대하고 긴 원통과 그에 따라 뒤틀린 시공간이 포함되었습니다. 이 물체가 과거로 여행할 수 있는 타임머신 역할을 할 수 있다는 이해는 과학자들이 "폐쇄된 시간 곡선"이라는 현상을 발견한 지 몇십 년 후인 1970년대에야 일어났습니다.

"폐쇄된 시간 곡선은 항상 자신의 관점에서 시간을 이동하면서 어느 시점에서 시작했던 동일한 장소와 시간에 있는 자신을 발견하여 루프를 만드는 가상의 관찰자의 궤적을 설명합니다."라고 Costa는 말합니다. "이것은 중력에 의해 휘어져 스스로 순환하는 시공간 영역에서 가능합니다."

"아인슈타인은 [닫힌 시간 곡선에 대해] 읽었고 이 아이디어에 매우 혼란스러워했습니다."라고 그는 덧붙입니다. 그럼에도 불구하고 이 현상은 이후의 연구에 박차를 가했습니다.

과학은 1980년대부터 시간 여행을 진지하게 받아들이기 시작했습니다. 예를 들어, 1990년에 러시아 물리학자 Igor Novikov와 미국 물리학자 Kip Thorne은 닫힌 시간 곡선에 관한 연구 논문을 공동으로 작성했습니다. 코스타는 "그들은 타임머신을 만드는 방법뿐 아니라 그것이 어떻게 작동하는지 연구하기 시작했다"고 말했다.

하지만 마찬가지로 중요한 것은 시간 여행의 문제를 조사한 것입니다. 예를 들어 당구공을 타임머신에 던졌는데, 그 공이 과거로 여행한 후 과거의 자신과 충돌하여 현재의 자신이 타임머신에 들어갈 수 없다면 어떻게 될까요? 코스타는 "그것은 역설처럼 보인다"고 말했다.

그는 1990년대부터 이 주제에 대한 관심이 간헐적으로 있었지만 큰 진전은 없었다고 말합니다. 이 분야는 오늘날 그다지 활발하지 않습니다. 그 이유 중 하나는 제안된 모든 타임머신 모델에 문제가 있기 때문입니다. 로드아일랜드 대학의 Gaurav Khanna는 "몇 가지 매력적인 기능과 잠재적 가능성이 있지만 세부 사항을 풀기 시작하면 결국 일종의 장애물이 발생하게 됩니다"라고 말합니다.

예를 들어, 대부분의 시간 여행 모델에는 음의 질량이 필요합니다. 따라서 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)이 E = mc2를 발견했을 때 밝혔듯이 질량과 에너지는 하나이고 동일하기 때문에 음의 에너지가 필요합니다. 이론적으로는 적어도 전하가 양수일 수도 있고 음수일 수도 있는 것처럼 질량도 마찬가지입니다. 하지만 음의 질량의 예를 발견한 사람은 아무도 없습니다. 시간 여행이 왜 그러한 이국적인 물질에 의존합니까? 많은 경우, 웜홀, 즉 우주의 한 지점을 다른 지점으로 연결하는 일반 상대성 이론에 의해 예측된 시공간 터널을 열어두는 것이 필요합니다.