[물리] 타임머신을 실제로 구현할 수 있을까?

aksen (53)in #kr-series • 6 years ago

안녕하세요! 만두 ( @aksen ) 입니다.

오늘도 질문해주신 주제에 대한 포스팅입니다.

@danbain 님이 해주신 질문인데요. 타임머신의 실현 가능성에 대해서 질문해주셨습니다.
우선 이벤트 참여 감사드립니다! 0.5SBD 보내드릴게요.

아래 포스팅은 제가 알고있는 수준정도로만 작성했습니다! 뭔가 오류가 있는것 같거나 질문이 있으시다면 댓글로 부탁드려요!

1. 핵심은 상대론

우선 타임머신의 실현여부를 알아보려면 어떻게 타임머신을 만들것인지 부터 생각해봐야겠죠?

현재로선 타임머신 만들기에 가장 중요한 이론은 바로 아인슈타인의 상대성이론입니다.
상대론에서 시간 팽창과 같은 신기한 현상들을 다루기 때문인데요. 간단히 알아봅시다.

아인슈타인은 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론을 발표했는데요.
특수 상대성 이론은 어떤 물체가 등속운동을 할 때와 같은 특수한 상황에서 적용되는 이론이고,
일반 상대성 이론은 말 그대로 일반적인 모든 상황에서 적용될 수 있는 이론입니다.

아인슈타인은 이 두가지 상대론 모두에서 시간이 상대적으로 다르게 흐를 수 있다고 주장했습니다.

특수 상대성 이론에서는 빛의 속도에 가깝게 달릴수록 시간이 천천히 가는 것 처럼 보인다고 했고,
일반 상대성 이론에서는 큰 가속도를 받을 때나 큰 중력이 작용할때 실제로 시간이 천천히 간다고 했습니다.

이와 같은 시간의 상대적인 변동을 이용하여 타임머신을 생각해볼수 있습니다.

2. 특수? 일반?

그럼 위와같이 시간이 천천히 가는 현상을 어떻게 타임머신에 적용시킬 수 있을까요?

결론부터 말하자면, 사실 특수 상대성 이론은 타임머신을 만드는 데에는 아무런 도움이 되지 않습니다. 특수 상대성 이론은 두 물체 사이의 상대적인 효과만 있기 때문에 시간이 천천히 가는 것처럼 보일 뿐이기 때문이죠.

먼저 타임머신을 사용하여 미래로 가는 상황을 생각해 봅시다.

만약 당신이 냉동인간이 되어있다가 100년후에 깨어난다면 당신은 100년뒤 미래로 간 것으로 생각할 것입니다. 마찬가지입니다. 상대론에 의하면 빨리 달리거나, 큰 중력을 받으면 시간이 천천히 가는데요, 이러한 시간의 팽창이 바로 냉동인간과 같은 역할을 하는 것이죠.

당신의 시간이 천천히 흘러서 1시간이 흐를동안 외부의 시간이 100년 흐르게 된다면, 그것이 바로 미래로 가게 되는것과 같은 것입니다.

그럼 이러한 시간의 팽창을 어떻게 만들어 낼 수 있을까요?

먼저 지구에서 실현 가능한 방법은 거대한 회전기구를 이용하는 방법입니다.
다들 롤러코스터 한번씩 타보셨나요?
한번이라도 타보신 분이라면 롤러코스터에서 한바퀴 회전하는 구간에 몸이 아래로 눌리는 듯한 느낌을 알 것입니다.

빠른 속도로 회전하게 되면 원심력을 크게 받게 되는데요. 이 원심력을 마치 중력처럼 느끼게 되어 큰 중력을 받을때와 마찬가지로 시간이 천천히 가게 됩니다.

따라서 매우 빠른 속도로 회전시킬 수 있는 기계에 탑승하고 회전을 시킨다음에 내리게 되면 미래로 와있게 되는 것이죠.

지구 밖에서 실현할 수 있는 방법은 크게 두가지가 있습니다.

우주선의 가속도를 이용하는 방법과 천체의 중력을 이용하는 방법입니다.

버스에 타고 있을때 버스가 급출발을 하게되면 몸이 뒤로 쏠리는 경험을 해보신 적이 있을실 것입니다. 바로 버스의 가속도때문에 관성력을 받았기 때문인데요.

이 관성력 역시 중력의 일종으로 볼 수 있는데요. 따라서 우주선을 우주공간에서 계속 발진시켜서 관성력을 크게하여 시간을 천천히 가게 할 수 있습니다.

천체의 중력을 이용하는 방법은 간단합니다. 중력이 큰 천체에 가서 시간을 보내다가 오게되면 역시 천체에 있는 동안은 시간이 천천히 가게되어 미래로 가게 되는 것이지요.

3. 한계

여기까지만 들어보면 기술이 발달하다면 정말 미래로 갈 수 있을 것처럼 보입니다.
하지만 실제로는 실현 가능성이 매우 낮습니다.

가장 문제가 되는 점은 미래로 가기 위해선 큰 중력을 받아야 한다는 것입니다.
미래로 가기 위해서 필요한 하는 중력은 어마무시한데요. 인간은 고작 지구 중력의 5배만 되도 기절하고, 20배 이상이 되면 죽습니다. 하지만 유의미한 미래여행을 위해 필요한 중력은 이보다 터무니없이 큰 값이죠.

인간 말고 중력에 강한 물체를 미래로 보내는 것은 가능할까요?

이 역시도 불가능에 가깝습니다.

먼저 회전기계를 이용한 방법부터 봅시다.

회전기계를 매우 빨리 돌려서 원심력을 만들어 내야 하는데 여기에 필요한 에너지는 어마무시할 뿐만 아니라 이런 강한 원심력을 버틸 수 있는 물체는 없다고 봐도 무방합니다. 점점 빨리 돌리다보면 어느순간 기계가 망가지며 튕겨날라가게 되겠죠.

우주로 나가는 방법은 어떨까요?

이 방법은 에너지의 큰 제약을 받습니다.
우선 우주로 나가는 것부터 커다란 에너지를 필요로 하는데 우주에 나가서 우주선의 발진까지 해야한다?? 실현하기 어렵겠죠...

또한 중력이 강한 천체를 이용하려고 했는데 이런 천체들은 보통 거대한 별입니다. 가까이 가다보면 녹아버리겠죠.
설사 중력이 강하고 착륙이 가능하다해도 안전하게 착륙, 그리고 다시 그 천체에서 빠져나오기 위해선 상상할 수 없는 양의 에너지가 필요합니다.

어떤가요? 지금까지의 생각의 틀을 깰 수 있는 발견이 있지 않는 이상 타임머신은 불가능하다고 봐도 무방합니다.

4. ....과거?

자. 지금까지 타임머신에 대해 이야기해 봤는데요. 뭔가 이상한 점을 눈치채셨나요?

저는 이 글에서 미래로 갈 수 있는 방법만 말하고 과거로 갈 수 있는 방법은 말하지 않았습니다...
그 이유는 상대론이 시간의 팽창만 이야기하고 있기 때문입니다.

중력이 클 때 시간이 천천히 가는 것을 이용해서 미래로 가는 것이 가능했다면 중력이 없는 곳에서 시간을 보낸다면 어떻게 될까요?

물론 지구에 있는 사람들 보다는 시간이 빨리 가게 됩니다. 때문에 중력이 없는 곳에서 오래 살게 되면 자신이 10살 먹을 동안 자신의 쌍둥이동생은 9살 먹는다거나.. 이처럼 다른사람을 기준으로 상대적으로 과거에 갈 수 있습니다. 같은 나이여야할 쌍둥이 동생이 자신보다 어려졌으니까요.

하지만 이는 진정한 의미의 과거라고 할 수 없습니다.
우리가 원하는 것은 시간을 뒤로 돌리는 일이지 나이를 빨리 먹는것이 아니잖아요?

이와 관련된 이론은 아직 없습니다.
시공간을 건너뛰는 방법이 나오기 전까진 연속적인 시간의 흐름을 벗어날 수 없기 때문이죠.

하지만... 언젠가...제가 죽기전에는 뭔가 새로운 이론이 발표되지 않을까?? 하는 희망을 가져봅니다. ㅋㅋㅋ

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