시간여행을 위한 최소한의 물리학

시간여행을 위한 최소한의 물리학 - 세계적인 과학 커뮤니케이터가 알려주는 시간에 대한 10가지 이야기
콜린 스튜어트 지음, 김노경 옮김, 지웅배 감수 / 미래의창 / 2023년 12월

시간이라는 개념은 우리가 살아가는데 거의 필수라고 해도 과언이 아니다.

하루 일과, 일주일 plan 짜기를 비롯해 중장기 계획은 물론 하루에도 여러 번 시계를 보는 건 삶이 곧 시간과 아주 밀접한 관계가 있기 때문이다.

물리학자가 생각하는 ‘시간’은 조금 다른 것 같다. 오래된 돌과 유물의 나이를 측정하는 방법도 여러 가지이고, 사실상 달의 중력이나 지진 등의 영향이 하루의 길이에 영향을 미친다고 한다. (100년마다 0.0017초라고 해도 주기적으로 시간을 조정하지 않으면 언젠간 큰 시간의 오차가 생긴다고 한다.)

우리는 빛이 떠난 곳의 모습을 보고 있다는 말은 우리는 항상 과거만 볼 수 있을 뿐 현재는 절대 볼 수 없다고 한다. 달은 지구에서 1.3광초 떨어져 있으며 빛이 이 거리를 이동하는 데 1.3초가 걸린다는 말이고 우리는 1.3초 전의 달을 보고 있다는 것이다.

“밤하늘에서 가장 밝은 별 중 하나는 오리온 자이에서 약 700광년 떨어진, 붉은 보석이라 불리는 베텔게우스(Betelgeuse)다. 그런데 베텔게우스는 이미 폭발했을 수도 있다. 만약 699년 전에 폭발했다면 초신성의 빛은 내년이 되어서야 우리에게 도착한다. 우리는 밤하늘에서 현재가 아닌 과거의 베텔게우스를 보고 있다.”

p46

시간 여행이 가능하지만 ‘시간 지연(time dilation)의 방법으로만 가능하다.

공간은 앞뒤, 좌우로 가능하지만, 시간은 화살처럼 오로지 앞으로만 간다. 시간 지연 방법의 타임머신은 오로지 편도 승차권이라는 점이고 당신이 떠난 과거의 장소와 시간으로는 되돌아가는 것이 불가능하다.

“당신이 뮤온보다 빠른 광속의 99.999%로 10년 동안 거대한 타원을 그리며 은하계를 여행하여 한 바퀴를 돌아 지구로 돌아온다고 가정해 보자 지구로 돌아온 당신에겐 10년이 지났겠지만, 지구를 떠나 있는 동안 지구에서는 7,000년의 시간이 지나 있다.”

p91

뉴턴의 사과로 잘 알려진 ’중력‘에 대한 이야기로 우리는 중력이 끌어당기는 힘이라고 알고 있는데, 아인슈타인은 중력은 단순히 시공간이 구부러져서 일어나는 결과라고 주장했고, 연못에 돌을 던지면 바깥쪽으로 움직이는 파동을 생성하는데 시공간에서도 이런 일이 일어나며 이를 ’중력파‘라고 부른다.

물리학자가 쉽게 쓴 책이라고 해도 아직도 이해 못 하는 부분은 있지만, 시공간이 구부러져 있으므로 해서 ’블랙홀‘이 현실이 되는 것이고 이는 이미 입증되었다고 한다.

“외부에서 우주를 볼 수 있는 신과 같은 관찰자는 정적이고 불변하며 시간을 초원한 우주를 보게 될 것이다. 외부의 관찰자가 보이게 시간이란 우주 안에 갇힌 우리들의 이해를 위한 단순한 환상이라고 할 것이다. 시간이란 그저 우리 머릿속에만 존재했던 것으로 밝혀질 수도 있다. 아이러니하게도 이 모든 건 시간이 지나야 알 수 있을 것이다”

p145