과거 여행은 쉽지 않지만 미래 여행은 가능하다. 상대성이론의 시간지연효과를 이용하면 가능하다. 광속으로 움직이거나, 아주 큰 중력을 가진 블랙홀 같은 곳으로 여행하면 시간이 상대적으로 천천히 흐르기 때문에 미래로 시간여행을 할 수 있다. 지금도 우주비행사들은 짧은 시간이지만 시간여행을 경험하고 있다. 러시아 우주비행사 세르게이 아브데예프는 이미 여러 번의 우주비행으로 5분의 1초 정도 미래로 여행했다. 빠른 속도의 우주비행으로 시간이 지연됐기 때문이다.
베텔게우스 왕복 특급은 아이디어의 기원 아인슈타인 이후 절대적인 시간은 더 이상 존재하지 않는다. 우주선을 타고 500광년 이상 떨어진 별에 다녀오면 1000년 뒤의 미래로 갈 수 있다. 우주선의 시계는 지구에서 보면 100분의 1의 속도로 느리게 간다. 그리고 우주선의 길이도 그만큼 짧아 보인다. 우주비행사의 눈에는 다른 별과 행성이 빛의 속도에 가깝게 움직인다. 우주선에선 태양과 베텔게우스의 거리는 5광년 이상으로 보인다. 그러니 우주비행사가 보기엔 10년이면 이 별을 왕복할 수 있다. 먼 미래로 가길 원한다면 더 오래 여행하거나 더 빠른 우주선에 탑승하면 된다.
보는 사람의 위치에 따라 시간은 달라진다. 아인슈타인은 시공간을 개념으로 만들었다. 시간과 공간은 함께 흐르며 변하는 것이다. 멈춰 있는 관찰자와 움직이는 관찰자의 동시는 다르다. 멈춰있는 관찰자에게 동시에 일어난 두 사건이 움직이는 관측자에게는 동시게 아니다. 우주로 여행하는 사람이 우주선의 시계에 따라 1분 간격으로 지구로 신호를 보낸다면 이 신호를 지구에서 기록하면 1분 이상의 간격이다. 우주선의 시간은 지구의 시간보다 천천히 흐른다. 물론 우주비행사는 우주선의 시계가 제대로 가고 있다고 한다. 지구에서 보기에 더 천천히 가는 것이다.
이런 미래 여행 방식이 가능하게 하려면 현재 로켓의 4000배에 달하는 출력을 가진 로켓을 만들어야 한다고 한다. 우주비행사가 10년간 우주 비행을 견디는 것도 포함해서 말이다.
블랙홀 안으로 들어가면 중력이 0이어서 공의 안쪽은 안전하다 안이 텅 빈 구 모양의 블랙홀을 만들어 그 안에 들어간다.
블랙홀 안의 시간은 바깥보다 느리게 가며, 밖의 시간은 빨리 지나간다. 더 먼 미래로 여행하고 싶다면 더 압축되거나 더 무거운 블랙홀을 만들어야 한다. 그러나 아무리 단단한 물질이라도 사라지지 않고 지탱하는 데 한계가 있다. 이런 형태의 타임머신은 블랙홀에서 1년 지내면 밖의 시간이 6년 흐르는 것보다 빠르게 만들 수 없기에 시간여행 속도 제한이 있다.
타임머신의 질량은 태양의 두 배이고 지름은 12.6km엘 불과하기에 아직은 불가능하다. 모든 것을 빨아들이는 블랙홀을 만드는 장소를 찾는 일도, 만들고 해체하는 일도 쉽지 않다.
과거 여행은 어떨까? 빛보다 빠른 물체가 있다면 일반적인 시공간에서는 출발한 곳으로 다시 돌아올 수 없다. 과거로 시간여행을 한다는 것은 시공간상에서 출발한 곳으로 돌아와야 한다는 것이다. 이를 위해서 시공간을 구부리는 것이 필요한데 중력이 시공간을 휘게 한다는 일반 상대성이론에 의해 가능하다.
벌레 구멍이라는 특별한 시공간 통로를 이용하면 과거로 돌아갈 수 있다.
웜홀을 통해 과거 여행을 하는 방법은 꽤 복잡하다. 우선 웜홀이 존재해야 하고 한쪽 웜홀이 시간지연이 일어날 만큼 빠르게 움직여야 한다. 출발보다 과거가 돼 다시 과거를 만날 수 있다. 반대로는 미래로 여행할 수 있다.
웜홀을 이용한 시간 여행은 킴 손이 제안했다. 웜홀은 화이트홀과 블랙홀을 이어주는 일종의 통로다. 웜홀은 시간과 공간이 떨어져 있는 두 지점을 연결하는 통로이다. 엄홀은 사과를 파먹은 벌레가 만든 구멍에서 생각해냈다. 웜홀은 사과와 벌레 구멍처럼 별과 별 사이, 은하와 은하 사이가 구부러져 생기는 지름길이다. 만약 시간과 공간이 연결돼 있다면 킴 손 교수가 방법과 달리 자유자재로 과거와 미래를 오갈 수 있을 것이다.
아인슈타인의 장방정식은 질량을 가진 물체 주변의 시공간이 어떻게 구부러지는가를 표현한 것이다. 질량 분포로부터 우리가 살고있는 우주의 진행과 구조 상태를 알 수 있다. 괴델의 회전하는 우주도 그중 하나다. 괴델의 우주는 아주 큰 우주상수가 있고 우주 전체가 회전하고 있다는 것이다. 이 우주에서는 과거로 시간여행도 가능하다. 일반 상대성이론을 통해 계산해낸 만큼 이론적인 모순은 없다. 괴델은 시간 여행에 필요한 정확한 우주선의 연료와 속도, 거리와 시간까지 계산했다.
반입자 도플갱어란 아주 우연히 가능하다. 반입자를 이용한 시간 여행인데 먼저 수천 개의 수소폭탄 에너지에서 생성돼야 한다. 반대되는 성질의 두 시간 여행자는 원자 수준까지 정확히 복제돼야 한다. 그리고 반시간 여행자는 다시 시간 여행자를 만나야 한다. 반시간 여행자 속의 각 입자가 시간 여행자 속의 대응되는 입자와 부딪혀 사라진다. 이때 생성하는 에너지에 의해 시간 여행자의 몸이 사라지는 것을 방지해야 한다. 이 아이디어가 성공하려면 어느 시점에서 우주 내의 양전자와 전자의 수가 같아야 한다. 그러나 현재는 우주에 전자가 양전자보다 훨씬 더 많이 있다. 또 입자와 반입자가 만나 소멸할 때 에너지가 나오는 데 이 에너지를 시간 여행자가 버티기 쉽지 않다.
우주선을 타고 지구를 출발해 목적지 행성으로 향한다면 보통 지구에서 직선코스로 향하는 것이 제일 가깝지만, 우주 끈 주위에는 공간이 떨어져 있다. 목적지에 도착해 지구를 보면 아직 출발하기 전의 우주선이 보인다. 다른 모든 것이 가능하다고 하자.
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