웜홀과 화이트홀의 존재와 시간여행 > 행 성

화이트 홀과 웜 홀의 존재와 시간 여행
1) 화이트 홀과 웜홀
블랙 홀과 같이 모든 것을 흡수하는 세계가 있으면, 반드시 그 반대 세계가 존재한
다는 것을 일반 상대성 이론은 유도하고 있다. 다시 말해 물질이 그 내부로는 절대
로 들어갈 수 없는 모든 물체를 방출하는 세계가 있다는 것이다. 이것을 화이트 홀
(White hale)이라고 한다. 그러나 화이트 홀이 어떻게 형성되는가 하는 메커니즘에
대해서는 전혀 아는 바가 없다.
블랙 홀의 명명자 휠러는, 블랙 홀과 화이트 홀의 사상의 지평선 내부를 잘라내고,
그 나머지를 연결하면 어떻게 되는가를 생각했다. 이렇게 하면, 블랙 홀에 흡입된
물질은 화이트 홀에서 방출된다. 이 때 블랙 홀의 흡입구가 있는 세계와 화이트 홀
의 방출구가 있는 세계는 전혀 다른 세계이다. 이 두세계를 연결하는 통로를 웜홀(
Warm hole, 슈바르츠실트의 목, 아인슈타인-로젠의 다리)이라고 명명하였다. 웜홀은
말 그대로 시공의 벌레 먹은 구멍이라는 뜻이다.
최근에는, 우주의 탄생을 기술하는 대통일 이론과 일반 상대성 이론을 연결함으로서
어미 우주에서 딸 우주로, 딸 우주에서 손자 우주가 탄생된다는 다중 우주 발생의
개념이 클로즈 업되고 있다. 그리고, 다중 우주가 발생한다면 이들 우주를 연결하는
빠져 나갈 통로로서 웜 홀이 자연적으로 형성된다는 것이 증명되었다.
2) 웜홀을 이용한 시간 여행
1988년 미국에서 캘리포니아 공과대학의 손 박사 팀이 웜홀을 사용하면, 과거로의
시간여행이 가능할지도 모른다는 충격적인 논문을 물리 학회지에 발표하였다. 웜 홀
을 인공적으로 만들어 그것을 초 고속으로 운동시키면 된다는 것이다.
그들의 이론은 여러 가정을 전제로 세워진 것이기 때문에 그들 자신도 이 이론에는
여러 가지 문제점이 있다는 것을 지적하고 있다. 예컨데 웜 홀은 중력적으로 불안정
하여 차츰 수축함으로써 특이점이 생기게 된다. 그들 연구 팀은 미지의 물질을 사용
하여 웜 홀의 붕괴를 막을 수 있다는 가정에서 이론을 성립시키고 있다. 그러나 실
제로 태어나는 웜 홀은 소립자보다도 작으므로 이것을 특수한 방법으로 로켓이 지나
갈 만큼의 크기로까지 확장시켜야 한다는 등의 문제점이 있다. 시간 여행은 아직까
지도 현대 물리학에서는 꿈의 이야기이다.
블랙홀은 엄청나게 중력이 강한 천체이다. 따라서 블랙홀의 정체을 살피기 위한 열쇠
는 중력이다. 17세기 후반에 뉴턴은 모든 무체는 그 무게(질량)에 반비례한 힘으로 다
른 물체를 잡아 당긴다고 생각하고
이힘을 '만유인력(萬有引力)이라고 불렀다. 이것이 바로 중력이다. 질량이 같은 물체
의 중력은 그 물체에 접근하면 접근할수록 강해진다. 그 세기는 거리의 제곱에 반비례
한다. 즉 거리가 절반이 되면 4배, 거리가 10분의 1이 되면 100배가 된다. 100분의 1
로 더 축소하면 중력은 1만배가 된다. 점점 작게 하면 표면의 중럭은 한없이 강해진다
. 또 하나의 단서는 뉴턴보다 이전에 갈릴레이에 의해 얻어졌다. 갈릴레이는 피사의
사탑 옥상에서 크기가 같은 쇠공과 나무공을 떨어뜨려 어느쪽이 먼저 지상에 도착하는
가를 실험하였다. 쇠공 쪽이 무거우므로 나무공보다 큰 중력을 받지만, 실험 졀과 두
공이 동시에 자상에 도착하였다. 이로써 모든 물체는 중력에 의하여 그질량에 관계없
이 똑같이 낙하한다는 것을 알게 되었다. 이것을 '등과 원리'라고 하는데 중력의 가장
중요한 성질로 생각되고 있다. 또 빛의 속도도 중력으로 끌어당겨져 드려진다는 것을
알고 있다. 중력에 의하여 낙하하고 있는 창이 없는 방을 생각해 보자. 상자안에 들
어있는 모든 물체는 등가 원리에 의하여 상자 자체와 마찬가지로 낙하하고 있다. 상
자 안에서 쇠공을 떨어뜨려도 상자안에 있는 사람이 보면 쇠공은 공중에 뜬 채이다.
상자안의 사람에게 상자안은 무중력 상태이다. 또 상자 안에 서 위를 향하여 빛을
발사했을 때,상자안의 사람이 그 속도를 재면 중력이 없는곳에서의 속도와 마찬가
지로 초속 30만km가 되지만 상자밖의 사람이 재면 초속 30만km보다 느려지는 것이
다.(빛의 속도가 앞에 것은 초속 30만, 뒤에것은 초속 300만이라길래 30만으로통일.)
빛의 중력에 의해 구부러진다는 것은 뉴턴 시대부터 알려져 있었다. 그러나 중력이 빛
과 시공에 미치는 작용을 모두 해명할 수는 없었다. 진정한 의미에서 세개의 관계를
밝히고 블랙홀의 개념을 탄생시킨 것은 아인슈타인의 '일반 상대성이론'이다.

-월간 잡지 '뉴턴'제공

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