'백 투 더 퓨처' 물리적으로 가능할까?

“다시 태어난다면? 지금의 배우자와 다시 결혼하지 않겠다.”

지난 4월 15일 KBS 방송문화연구소가 전국 20세 이상 성인 남녀 8,494명을 대상으로 ‘결혼에 대한 인식’을 온라인 설문조사한 결과다. 이 설문조사에서 기혼여성의 약 70%가 이같이 대답했다.

최근 들어 유행하고 있는 설문조사 중에 하나가 바로 “다시 태어나면 어떤 사람을 원하십니까?”다. 이런 질문이 유행하는 이유는 오늘날 많은 사람들이 주어진 자신의 운명에 대해 부정적인 이미지를 갖고 있기 때문이다. 시간에 의해 정해지는 운명은 되돌릴 수 없는 비가역적 논리성을 갖고 있다. 

기원전 3세기경 그리스 철학자 제논(Xenon)은 “운명에 따라서 모든 것은 발생한다”란 말을 남겼다. 운명은 이미 정해져 있다는 비가역적 논리를 주장했다. 그리고 후대 사람들은 자연스럽게 이 논리에 순응하며 살아왔다. 

그러나 시간을 초월할 수 있다면 운명도 바뀔 수 있는 것이 아닐까?  지난 3일 폭스뉴스와의 인터뷰에서 이론물리학자 스티븐 호킹 박사는 “인간이 수백만 년 후의 미래로 가서 황폐화 된 지구를 다시 번성케 할 수 있으리라 믿는다”며 시간여행의 가능성에 대해 언급했다. 21세기 과학은 시간을 거슬러 제논의 운명론을 부정할 수 있을까? 

▲ 과연 시간을 점프해 과거로 돌아갈 수 있는 것일까?

 

과거에서 젊은 어머니를 만날 가능성은?

1985년에 개봉한 할리우드 영화 ‘백 투 더 퓨처(Back to the Future)’ 에서 주인공 마티 맥플라이(마이클 J 폭스 분)는 록큰롤과 자동차를 좋아하는 호기심 많은 미국의 한 고교생. 그의 주위에는 소심한 아버지 조지 맥플라이와 알코올중독자인 어머니 로레인, 형과 누나 등의 가족과 에멧 브라운 박사가 있다. 

브라운 박사는 스포츠카 ‘드로리안(DeLorean)’을 개조해 타임머신을 만드는 괴짜 과학자. 브라운 박사와 친한 마티는 우연한 사고로 30년 전을 거슬러 올라가 젊은 시절의 아버지와 어머니를 만난다. 

그러나 이때는 마티를 낳기 전. 젊은 어머니 로레인은 미래의 아들인 마티를 ‘캘빈 클라인’ 이라 부르며 좋아하고, 아버지에겐 관심이 적다. 

그렇게 되면 자신의 미래가 없음을 두려워한 마티는 시나리오 속에서 특유의 재치를 발휘해 부모를 맺어주고, 타임머신 ‘드로리안’을 타고, 무사히 현재로 돌아온다. 

자동차로 된 타임머신을 타고 마음껏 과거와 미래를 오가는 영화 ‘백 투 더 퓨처’의 이론적 근거는 아인슈타인의 상대성이론에서 찾을 수 있다. 그는 “물체의 운동속도에 따라 시공간적 속성이 변한다”며 “빛의 속도에 가깝게 움직이는 비행선 안의 시계는 밖의 시계보다 느리게 간다”고 언급, 시간여행의 이론적 틀을 제공했다. 

아인슈타인에 따르면 초속 299,900km/s로 날아가는 비행선 안의 시계는 밖의 시계보다 50배나 늦다. 이런 비행선을 타고, 1년 동안 우주여행을 하고 지구로 돌아오면 50년 뒤의 미래로 가게 된다. 이 이론은 미 항공우주국(NASA)의 정밀한 실험을 통해 입증됐다. 

그렇게 되면 타임머신만 있다면 실제로 시간여행이 가능해진다. 

 

▲ 광속 이상의 비행선은 타임머신이 될 수 있다.

이론적으로 시간여행은 가능

영국의 소설가 ‘허버트 조지 웰스(Herbert George Wells)’의 '타임머신(The Time Machine)’이후 소설과 영화에서는 줄기차게 타임머신이 소재로 나타났다.  

과학자들도 끊임없이 타임머신을 통한 시간여행에 대해  연구를 수행하고 있다. 리처드 홀링엄 박사는 “과거로 여행하는 것을 금지하는 엄밀한 물리학 법칙은 없다”고 말했다.  

과학자들이 시간여행의 가능성을 주장하는 첫 번째 근거가 바로 회전하는 블랙홀. 만약에 블랙홀의 중력을 넘어서는 속도를 내는 우주선이 블랙홀을 빠져나올 수만 있다면 블랙홀을 통한 시간여행은 가능해진다고 이론천체물리학자들은 주장한다.  

또 하나는 매우 빠른 속도로 서로를 지나쳐 움직이는 두 개의 우주 끈(cosmic string). 우주 끈은  약 10의 24승 톤에 달하는 엄청난 장력을 받으며, 매우 빠른 속도로 우주선을 가속시킬 수 있다. 타임머신은 1초에 30만 km로 달리는 광속에서 가능하다는 설명. 

하지만 아인슈타인은 “로켓의 속도는 광속에 가까워질수록 로켓을 가속하는 데에 더 큰 동력을 필요로 한다”고 말했다. 이는 페르미 연구소와 유럽 핵 공동연구소의 입자가속기 실험에서 증명됐다. 

이 실험에 의하면 입자를 광속의 99.99% 까지 가속시킬 수 있는데, 아무리 많은 양의 동력을 공급해도 그 입자들이 광속의 벽을 넘게 만들 수는 없는 것으로 밝혀졌다. 이를 우주선으로 확대 해석하면 시간여행의 가능성은 희박하고 타임머신의 개발은 불가능해진다. 

하지만 아직 웜홀이 남아있다. 과학자들은 시공이 휘어서 A와 B 지점 사이에 길을 만들고, 그 A와 B 사이의 길을 웜홀(Worm holes)”이라고 불렀다. 이 웜홀은 시공간의 지름길로 시간과 공간을 뚫어서 두 천체를 연결한다. 이 웜홀을 통과할 수 있다면 시간여행이 가능해지지만 이 역시 엄청난 에너지를 필요로 한다. 

호킹과 같은 이론물리학자들이 시간여행의 가능성에 대해 끊임없이 연구하는 가운데 여러 가지 수학적 증명이 나오고, 양자이론 역시 이론적으론 시간여행을 인정하고 있다. 

그렇다면 과연 인간의 운명도 바꿀 수 있는 걸까? 

 

▲ 블랙홀은 시간여행의 통로로 여겨지고 있다.

시간과 운명은 되돌릴 수 없다

아인슈타인의 상대성 이론은 시공이 거꾸로 된 만곡상태를 만들며, 이론적으로 시간여행자가 과거의 자신을 만날 수 있다는 가설을 제공했다. 

그러나 이 가설은 역설(Paradox)을 낳을 수 있다. 영화 ‘백 투더 퓨처’에서 처럼 주인공이 자신의 젊은 시절 어머니와 만나 사랑에 빠질 수 있는 것. 

이에 대해 많은 물리학자들은 시간여행에는 많은 물리적 제한이 존재한다고 여겨왔다. 그리고 지난 2006년 미국 뉴욕 대학의 다니엘 그린버거(Daniel Greenberger)와 비엔나 공대의 '칼 슈포칠(Karl Svozil) 교수는 가장 기본적인 양자이론의 특성이 시간여행자들이 과거로 돌아간 상황에서도 과거를 바꿀 수 없도록 할 수 있다는 사실을 증명했다. 

두 교수는 “시간을 거슬러 올라가는 파동들은 상쇄간섭을 일으키기 때문에 이미 일어난 일과 다른 일을 일으키는 것을 차단한다”고 주장했다. 

호킹 박사도 일전에 “역사가 바뀌지 않도록 시간순찰차가 언제나 감시하는 시간순서보호국이 자연계에 존재한다”며 “타임머신은 시간의 본성을 어기는 것이므로 과거로의 여행은 절대로 일어날 수 없다”고 주장했다. 

또 지난 3일 폭스뉴스와의 인터뷰에서도 호킹 박사는 “과거로의 시간여행은 원인이 결과에 앞서야 한다는 기본 원칙에 반하기 때문에 불가능하다”고 강조했다. 호킹의 주장대로라면 21세기 첨단 물리학으로도 제논의 운명론은 부정되지 않는다. 인간은 타고난 운명대로 살 수밖에 없는 것. 

뿐만 아니라 현재 인간의 기술력도 시간의 장벽을 넘기엔 역부족이다. 타임머신으로 하는 시간여행은 아직은 현실보단 소설이나 영화에서 즐길 수 있는 것일 뿐이다.

조행만 기자

 한국과학창의재단  사이언스타임즈 

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