시간여행은 가능한가?

과학은 시간 여행이 가능하다고 말하지만, 아마도 당신이 생각하는 방식은 아닐 것입니다.

시간여행은 가능한가?  과학자와 SF 작가 모두 계속해서 가능성을 상상하고 있습니다.

시간여행은 가능한가? 짧은 대답: 예, 지금 그렇게 하고 있습니다. 초당 1초라는 놀라운 속도로 미래로 돌진하고 있습니다. 

페인트가 마르는 것을 지켜보고 있든, 아니면 다른 도시에서 온 친구와 더 많은 시간을 보내고 싶든, 당신은 거의 항상 같은 속도로 시간을 이동하고 있습니다. 

그러나 이것은 수많은 공상과학 작가들을 사로잡거나 Wikipedia가"시간 여행에 관한 영화" 카테고리에 400개 이상의 제목이 나열되어 있습니다. " 닥터 후 ", " 스타 트렉 ", "백 투 더 퓨처"와 같은 프랜차이즈에서 캐릭터는 과거로 돌진하거나 미래로 회전하기 위해 야생 차량에 올라갑니다. 캐릭터가 시간 여행을 하고 나면 미래의 정보(시간 여행 이야기가 평행 우주 또는 대체 타임라인의 아이디어와 교차하는 곳 )를 기반으로 과거 또는 현재를 변경하면 어떤 일이 발생하는지 고심합니다. 

 

많은 사람들이 과거를 바꾸거나 미래를 보는 아이디어에 매료되었지만 공상 과학 소설에서 볼 수 있는 왕복 시간 여행을 시연하거나 중요한 기간을 통해 사람을 보내는 방법을 제안한 사람은 아무도 없습니다. 도중에 그들을 파괴하지 않을 시간의. 그리고 물리학자 스티븐 호킹이 그의 저서 " 블랙홀과 아기 우주"에서 지적했듯이(Bantam, 1994), "시간 여행이 불가능하다는 가장 좋은 증거는 우리가 미래에서 온 관광객 무리에 의해 침략당하지 않았다는 것입니다."

그러나 과학은 어느 정도의 시간 절곡을 지원합니다. 예를 들어, 물리학자 알베르트 아인슈타인 의 특수 상대성 이론은 시간이 관찰자에 대해 상대적으로 움직이는 환상이라고 제안합니다. 광속 에 가까운 속도로 여행하는 관찰자는 휴식을 취하는 관찰자보다 훨씬 느리게 모든 후유증(지루함, 노화 등)과 함께 시간을 경험할 것입니다. 그렇기 때문에 우주 비행사 스콧 켈리는 궤도에서 1년 동안 여기 지구에 머물렀던 그의 쌍둥이 형제보다  훨씬 적게 늙었습니다.

 

웜홀 주변에서 발생하는 이상한 물리학 , 블랙홀 및 끈 이론을 포함하여 시간 여행에 대한 다른 과학 이론이 있습니다. 그러나 대부분의 경우 시간 여행은 점점 늘어나는 SF 책, 영화, TV 쇼, 만화, 비디오 게임 등의 영역으로 남아 있습니다. 

아인슈타인은 1905년에 특수 상대성 이론을 발전시켰습니다. 나중에 확장된 일반 상대성 이론 과 함께 그것은 현대 물리학의 기본 교리 중 하나가 되었습니다. 특수 상대성 이론은 일정한 속도로 직선으로 움직이는 물체에 대한 공간과 시간의 관계를 설명합니다. 

이론의 짧은 버전은 믿을 수 없을 정도로 간단합니다. 첫째, 모든 것은 다른 것과 관련하여 측정됩니다. 즉, "절대적인" 참조 프레임이 없습니다. 둘째, 빛의 속도는 일정하다. 무엇이든, 어디에서 측정하든 상관없이 동일하게 유지됩니다. 셋째, 빛의 속도보다 빠른 것은 없습니다.

그 단순한 신조에서 실제적이고 실제적인 시간 여행이 펼쳐집니다. 빠른 속도로 여행하는 관찰자는 공간을 빠르게 통과하지 않는 관찰자보다 느린 속도로 시간을 경험할 것입니다. 

우리는 인간을 거의 빛의 속도로 가속하지는 않지만 국제 우주 정거장을 타고 17,500mph(28,160km/h)의 속도로 지구 주위를 돌게 합니다. 우주비행사 스콧 켈리는 쌍둥이 형제이자 동료 우주비행사 인 마크 켈리의 뒤를 이어 태어났습니다. Scott Kelly는 궤도에서 520일을 보냈고 Mark는 우주에서 54일을 기록했습니다. 평생 동안 시간을 ​​경험하는 속도의 차이는 실제로 두 사람의 나이 차이를 더 벌렸습니다.

이전에 Space.com이 보도한 바에 따르면 Mark Kelly는 2020년 7월 12일 패널 토론에서 "그래서 내가 6분만 더 나이가 들었는데 지금은 6분 5밀리 초 더 나이가 들었습니다."라고 말했습니다. "이제 나는 그의 머리 위로 그것을 가지고 있습니다."

 

낮은 지구 궤도가 우주비행사의 수명에 미치는 차이는 무시해도 될 정도입니다. 실제 수명 연장이나 먼 미래를 방문하는 것보다 형제자매 사이의 농담에 더 적합합니다. 차이점. 

GPS( Global Positioning System) 는 높은 지구 궤도에 위치한 수십 개의 위성 네트워크와 통신하여 현재 위치를 정확히 알 수 있도록 도와줍니다. 위성은 12,500마일(20,100km) 떨어진 곳에서 시속 8,700마일(14,000km/h)의 속도로 지구 주위를 돌고 있습니다. 

특수상대성이론에 따르면 물체가 다른 물체에 비해 상대적으로 더 빨리 움직일수록 첫 번째 물체는 시간을 더 느리게 경험합니다. American Physical Society의 출판물인 Physics Central에 따르면 원자시계가 있는 GPS 위성의 경우 이 효과는 매일 7 마이크로초 또는 700만 분의 1초를 줄입니다.

그런 다음 일반 상대성 이론에 따르면 지구와 같은 큰 중력 질량의 중심에 가까운 시계는 멀리 있는 것보다 더 느리게 똑딱거립니다. 따라서 GPS 위성은 표면의 시계에 비해 지구 중심에서 훨씬 더 멀리 떨어져 있기 때문에 Physics Central은 매일 GPS 위성 시계에 45마이크로초를 추가한다고 덧붙였습니다. 특수 상대성 이론 계산의 음수 7 마이크로초와 결합하면 최종 결과는 38 마이크로초가 추가됩니다. 

즉, 자동차나 전화를 정확히 찾아내는 데 필요한 정확도를 유지하기 위해 또는 이 시스템은 군용 드론인 미 국방부에서 운영하기 때문에 엔지니어는 각 위성의 하루에 추가로 38마이크로초를 고려해야 합니다. 선상에 있는 원자시계는 지구상의 유사한 시계보다 38 마이크로초 더 오래 실행될 때까지 다음 날까지 똑딱거리지 않습니다.

이러한 수치를 감안할 때 GPS 위성의 원자 시계가 눈 깜짝할 사이에 지구 시계와 동기화되지 않는 데는 7년 이상이 걸릴 것입니다. (저희는 수학을 했습니다. 눈 깜박임이 최소 100,000 마이크로초 동안 지속된다고 추정한다면, Harvard Database of Useful Biological Numbers 38 마이크로초의 변화가 합산되려면 수천 일이 걸립니다.) 

이러한 종류의 시간 여행은 켈리 형제의 나이 차이만큼이나 무시할 수 있는 것처럼 보일 수 있지만 현대 GPS 기술의 초정확성을 고려할 때 실제로는 중요합니다. 머리 위를 윙윙거리는 위성과 통신할 수 있다면 휴대전화는 믿을 수 없을 정도로 정확하게 시공간적으로 위치를 파악할 수 있습니다. 

 

NASA에 따르면 일반 상대성 이론은 여행자가 과거로 돌아갈 수 있는 시나리오를 제공할 수도 있습니다. 그러나 이러한 시간 여행 방법의 물리적 현실은 식은 죽 먹기가 아닙니다. 

웜홀은 현실의 다른 순간이나 위치를 다른 순간과 연결할 수 있는 시공간 구조를 통한 이론적 "터널"입니다. 블랙홀과 달리 아인슈타인-로젠 브리지 또는 화이트홀로도 알려진 웜홀에 대한 추측이 많습니다. 그러나 공상 과학 소설에서 많은 공간(또는 시공간)을 차지함에도 불구하고 실생활에서는 어떤 종류의 웜홀도 확인되지 않았습니다. 

오레곤 대학의 이론물리학 교수인 Stephen Hsu는 Space.com의 자매 사이트인 Live Science에 "현 시점에서 모든 것은 매우 가설적입니다."라고 말했습니다. "우리가 곧 웜홀을 찾을 것이라고 생각하는 사람은 아무도 없습니다."

원시 웜홀은 터널의 "입구"에서 10^-34인치(10^-33센티미터)에 불과할 것으로 예측됩니다. 이전에는 어떤 것도 통과할 수 없을 정도로 불안정할 것으로 예상되었습니다. 그러나 한 연구에서는 이것이 사실이 아니라고 주장한다고 라이브 사이언스가 보도했습니다. 

웜홀이 실행 가능한 시공간 지름길로 작동할 수 있다고 제안하는 이론은 물리학자 Pascal Koiran이 설명했습니다. 연구의 일부로 Koiran은 대부분의 이전 분석에서 사용된 Schwarzschild 메트릭과 달리 Eddington-Finkelstein 메트릭을 사용했습니다.

과거에는 가상의 웜홀을 통해 입자의 경로를 추적할 수 없었습니다. 그러나 Eddington-Finkelstein 측정법을 사용하여 물리학자는 이를 달성할 수 있었습니다.

Koiran의 논문은 2021년 10월 사전 인쇄 데이터베이스 arXiv 에 설명되어 있습니다.

 

아인슈타인의 이론이 시간 여행을 어렵게 만드는 것처럼 보이지만 일부 연구자들은 시간을 앞뒤로 이동할 수 있는 다른 설루션을 제안했습니다. 이러한 대체 이론은 한 가지 주요 결함을 공유합니다. 과학자들이 알 수 있는 한, 각 솔루션에 필요한 중력의 당기고 밀기에서 사람이 살아남을 수 있는 방법은 없습니다.

무한 실린더 이론

천문학자 Frank Tipler는 메커니즘을 제안했습니다. 여기서 태양 질량의 10배인 물질을 취하여 매우 길지만 밀도가 매우 높은 실린더로 굴릴 수 있습니다. 앤더슨 연구소 시간 여행 연구 기관인 는 실린더를 "스파게티 공장을 통과한 블랙홀"이라고 설명했습니다.

앤더슨 연구소에 따르면 이 블랙홀 스파게티를 분당 수십억 회전으로 회전시킨 후 실린더 주변의 매우 정확한 나선형을 따라가는 근처의 우주선은 "닫힌 시간과 같은 곡선"에서 시간을 거슬러 이동할 수 있습니다. 

가장 큰 문제는 Tipler Cylinder가 현실이 되려면 실린더가 무한히 길거나 알려지지 않은 종류의 물질로 만들어져야 한다는 것입니다. 적어도 가까운 미래에는 끝없는 성간 파스타가 우리의 손이 닿지 않는 범위에 있습니다.

타임 도넛

이스라엘 하이파에 있는 Technion-Israel Institute of Technology의 이론 물리학자 Amos Ori는 곡선형 시공간으로 만들어진 타임머신 모델을 제안했습니다.

"기계는 시공간 그 자체입니다."라고 Ori는 Live Science에 말했습니다. "시간선이 저절로 닫힐 수 있는 공간에 이와 같은 워프가 있는 영역을 만들면 미래 세대가 우리 시간을 방문하기 위해 돌아올 수 있습니다."

Ori의 타임머신에는 몇 가지 주의 사항이 있습니다. 첫째, 과거로의 방문자는 타임 도넛이 발명되고 건설되기 이전의 시간으로 여행할 수 없을 것입니다. 둘째, 더 중요한 것은 이 기계의 발명과 구성이 중력장을 마음대로 조작하는 우리의 능력에 달려 있다는 것입니다. 이론적으로는 가능할 수 있지만 확실히 우리의 즉각적인 도달 범위를 넘어선 위업입니다.

 

시간 여행은 오랫동안 소설에서 중요한 위치를 차지했습니다. 기원전 400년경에 편찬된 고대 산스크리트 서사시인 "마하바라타(Mahabharata)" 때부터 인간은 워프 시간을 꿈꿨다고 애틀랜타에 있는 조지아 공과대학(Georgia Institute of Technology)의 공상과학 연구 교수인 리사 야스젝(Lisa Yaszek)은 라이브 사이언스에 말했습니다.

시간 여행 소설의 모든 작품은 플롯 요구 사항을 달성하기 위해 하나 이상의 과학적 장애물과 역설을 얼버무리면서 자체 버전의 시공간을 만듭니다. 

일부는 Christopher Nolan이 감독한 2014년 영화 " Interstellar " 와 같이 연구와 물리학에 고개를 끄덕입니다 . 영화에서 Matthew McConaughey가 연기한 캐릭터는 초대질량 블랙홀을 공전하는 행성에서 몇 시간을 보내지만 시간 팽창으로 인해 지구 관찰자들은 그 시간을 수십 년의 문제로 경험합니다. 

다른 사람들은 "닥터 후" TV 시리즈와 같이 좀 더 기발한 접근 방식을 취합니다. 이 시리즈는 파란색 영국 파출소를 닮은 우주선을 타고 여행하는 외계인 "타임 로드" 닥터가 등장합니다. 닥터는 쇼에서 "사람들은 시간이 원인에서 결과로의 엄격한 진행이라고 가정하지만 실제로는 비선형적이고 비주관적인 관점에서 볼 때 흔들거리고 시의적절한 큰 공과 같습니다. "