시공간( time space)과 타임머신에 대하여. > 과 학

앞서 예언 관련 게시판에 올린글중 '타임머신'에 대한 이야기가 나와서 토론이 벌어지다보니, 타임머신에 대한 오해와 편견이 심한것 같아 이해를 돕기 위해 다시 설명 드립니다.

먼저, 일본계 미국인 물리학자 '미치오 가쿠'의 이야기를 인용합니다.
"타임머신 이야기를 꺼내면 미친사람으로 생각하는데, 사실 물리적으로 보았을때 시간여행을 불가능하게 하는 법칙은 어디에도 없다."

이렇게 인용해도 많은분들은 여전히 '타임머신'하면 '불가능한 이야기'라고 선을 그을것입니다.
저는 다분히 SF영화나 드라마가 일반인들에게 옳지않은 관념을 주입시켰다고 생각합니다.

슈퍼맨에서 슈퍼맨의 애인이 사고로 죽자 슈퍼맨은 과거로 돌아가 사고직전에 애인을 구하고 돌아옵니다.
애인은 죽지 않고 살아 있습니다.

흔히들 '타임머신 파라독스'의 대표적 예로 드는것이 타임머신을 타고 과거로 가서 나의 할아버지를 죽이면 어떻게 되느냐? 하는것과.
"타임머신이 나와도 타임머신이 생기기 전의 시간대로 갈수는 없다". 하는겁니다.
모두 시공간의 기본 구성과 원리에 대해 이해가 부족하기에 나오는 이야기들입니다.
결론적으로 말하자면, 타임머신이 가능한 이유가 바로 위와 같은 모순이 생길 수 없기 때문입니다.

제 글을 읽고 이해가 안가시는분은 계속 답글 달아 주시기 바랍니다.
제가 전문가는 아니지만, 최소한 시공간에 대한 개념을 갖고 있다고 생각하기에 제가 할 수 있는한 최대한 이해 시켜 드리겠습니다.
아니, 요원님들중 물리학을 전공하신분 계시면 저보다 나은 설명 부탁 드립니다.

먼저, 이 우주는 3차원의 공간과 1차원의 시간으로 되어있습니다.
저 역시 어릴때 3차원 우주공간에 대한 이야기만 들었는데, 언제부턴가 여기에 시간좌표를 추가하여 "4차원시공간"을 기본으로 다루고 있습니다. 사실, 가장 중요한 핵심입니다. 공간과 시간이 따로 노는게 아니라, 우주는 시간과 공간이 함께 엮여 있습니다.

우주의 시공간은 모두에게 상대적입니다.
먼저 시공간의 기본 법칙입니다.
우주에 '미래' 라는 시간은 존재하지 않습니다.

제 글에 반박하셨던분 때문이 아니라 전부터 "타임머신이 불가능한 이유로 미래에서 온 사람이 없기때문" 이라고 주장하는 분들이 계십니다.
아마, 지금 제 글을 익는분들중에도 그런 생각을 하는분이 계실겁니다.
두가지 이유로 그 말은 틀렸습니다.
첫째, 바로 위에서 언급했듯, 시공간 어디에도 '미래'라는 시간대는 존재하지 않습니다.
내가 바로보는 우주에서 가장 미래는 바로 '나' 현재입니다. 그외에는 모두 과거이며, 그 시간대는 나로부터 멀수록 먼 과거입니다.

또 한가지, 시간이란 모두에게 상대적입니다. 나의 시간과 당신의 시간은 같지않습니다.
따라서, 설사 '미래'라는 시간이 존재한다 하더라도(분명 미래라는 시간은 없습니다. 최소한 '공간'내에 미래가 있을 자리는 없습니다) 그 미래라는 먼곳에서 과거로 돌아갔을때 내 앞에 나타날 수는 없습니다.
서로 시간이 다르게 흐르니까요.
심지어, 내 시간 조차 내가 걸을때와 뛸때, 차를타고 다를때 모두 다르게 흘러갑니다.

움직이는 물체에 있어 시간은 이동속도가 빠를수록 느리게 흘러갑니다. 다시말해, 그 물체의 시간만 느리게 간다는겁니다. 시간여행이 가능한 이유가 바로 그때문입니다.

이세상 시간은 그대로 두고 내 시간만 빠르거나 느리게 할 수 있다면 그 움직임을 멈췄을때 다른 시간대에 멈출수 있겠지요.

움직이는 물체의 시간은 절대속도인 빛의 속도를 기준으로 움직임에 반비례하게 흐릅니다.
움직임이 빠를수록 시간은 느리게 흐르고, 움직임이 느리다면 시간은 빠르게 흐릅니다.
그 기준은 광속이며, 만약 움직이는 물체의 속도가 광속에 도달하면 그 물체의 시간은 0이됩니다.

여기서 광속을 초과하여 더 빠르게 움직인다면 마이너스(-) 즉, 과거로 가게 되겠지만, 상대성이론에서 증명했듯, 물리적 속성을 가진 물체(설사 소립자라도), 즉 질량이 0보다 큰 물체중 광속을 넘을수 있는것은 없습니다.
따라서 움직이는방법으로 과거로 갈 수는 없습니다 (미래로의 이동은 얼마든 가능합니다 - 다만 에너지 문제는 논외로 합니다)

여기서 미래의 여행이 가능하다는건, 내가 빨리 이동해서 나의 시간을 늦추면 나를 제외한 이세상의 시간이 나보다 빠르게 흐르기 때문에 내가 이동을 멈추었을때의 시간은 출발하기 전보다 나중의 시간이기 때문입니다.
(미래가 존재해서 정해진 미래로 간다는 뜻이 아닙니다)

요즘 물리학계에서 많이들 관심을 갖는 것중에 '블랙홀'이 있습니다.
블랙홀은 무한의 중력을 가진 별이 그 중력으로 인해 빛조차 끌어들인다 해서 붙여진 이름입니다.
빛조차 끄어들이기 때문에 완전히 검은 구멍이지요. 블랙홀이 관심을 갖는건 빛을 끄러들여서가 아니라, 빛이 끌려들어갈 정도라면 주위의 공간이 빛과 함께 휘어버린다는겁니다.(두번째 그림 참조)

공간이 휜다는건 그 공간이 가진 시간이 함께 휜다는걸 의미합니다.
공간이 평탄하다면 시간 역시 평탄하게 흘러갑니다.
그 시간의 배열은 나로부터 빛의속도의 역수만큼 과거로 뻗어나갑니다. 나로부터 빛이 1시간 가는 거리의 시간은 나보다 한시간만큼 과거시간입니다 (이건 나를 기준으로 한 상대시간입니다.)

만약, 초중력이 작용해서 그 거리, 빛이 한시간동안 갈 거리(10억 800만 킬로미터)의 위치가 꺾여서 내 앞으로 왔다면, 내가 한 발 옮겨 그곳으로 가게 되면, 나는 한발자국 움직였을 뿐인데 10억 800만 킬로미터를 건너뜀과 동시에 한시간 과거로 가게 되는겁니다.

주: 이 부분과 관련하여, 앞서 예언 관련 게시판에서 "공간이 내 곁으로 오면 그 공간의 시간이 나를 중심으로한 현재 시간으로 바뀐다" 고 생각했는데, 다시 점검 해 보니, 공간을 잡아 당긴게 아니라 휘었을때는 그 시간도 유지됩니다. 즉, 공간을 휠수 있다면 과거로의 시간여행도 된다는겁니다.

자, 여기서 다시 기존의 "타임머신 파라독스" 를 점검 해 봅니다.
내가 타임머신을 타고 과거로 돌아간다면 그곳은 내가 지나온 과거일까요?

"시간은 모두에대해 상대적이다" 이 원리를 생각한다면, '나의 과거'와 '나 이외의 존재의 과거'가 서로 다르다는걸 쉽게 이해하겠지요.

그렇다면 내가 시간을 거슬러 과거로 가더라도 '나의 과거'일뿐 '다른존재와 공유한 그 과거' 는 아니라는겁니다.
정확하게는 그것도 '지금 나'를 기준으로한 과거입니다. 이미 지나온 '과거의 나의 과거'가 아니라는겁니다.
그곳에는 나의 할아버지가 없을지도 모릅니다.

다시말해, 내가 어떤 과거로 거슬러가더라도 공간만 과거일뿐 그것은 나에겐 언제나 현재입니다.
그렇다면 타임머신이 생기기전의 과거로 간다고해서 타임머신이 사라질까요? 당연히 아니죠.
그 과거시간은 타임머신에게도 현재이니까요.

자, 타임머신이 생기기 전의 과거로 가도 현재의 타임머신이 사라지지 않는데, 거기서 나의 할아버지를 죽인다고 내가 사라질까요? 당연히 아니지요.

다시말해, 내가 가는 과거는 '과거'라고 불리우는 나의 '현재시간'입니다.
이미 지나온 과거가 아니라는겁니다.

공간은 과거의 시공간이지만, 그 '과거'라고 불리우는 시공간은 여전히 나에겐 현재 시공간이란겁니다.
내가 현재에 있는데 어떻게 이미 지나간 과거에 영향을 미칠 수 있을까요?

그 '과거'라고 불리우는 공간이 어떻게 생겼을지, 그곳에 할아버지가 계실지(당연히 '할아버지'라고 불리우는 존재입니다. 나를 있게한 내 과거의 할아버지는 아닙니다) 그건 저도 안가봐서 모르겠습니다.
분명한건, 우주의 시공간은 모두에게 상대적이고 변하기때문에, 기왕에 지나간 과거로 되돌아갈 방법은 없다는겁니다. 내가 가게될 과거는 기왕에 지나온 과거가 아니라, 얼마나 왔는지 모를 가변된 현재시점을 기준으로한 상대적인 과거입니다.

이부분이 시공간의 핵심이며 중요하기에 다시한번 설명합니다.
내가 20년을 살아왔다고 한다면 그건 내 관념상 20년입니다. 실제로 나의 시간은 살아오면서 엄청 많이 움직여서 빠르거나 느리게 시간이 변했기에 실제로 얼마나 시간이 흘렀는지는 모릅니다.

앞서서도 반복 설명했듯 시간은 절대적이지 않고 모든 상황에 대해 상대적이라고 했습니다.
만약, 정확하게 20년만 흐르려면, 나는 지구도 자전하지 않는 완전한 정지 공간에서 한발짝도 움직이지 않고 멈춘채 20년을 보냈어야 합니다. 하지만 실제로는 중간에 비행기도 탔고 자동차도 탔지요. 그러니 실제로 시간이 얼마나 흘렀는지는 모르는겁니다. 정확히 내가 살아온 그 시점으로 돌아가려면 내가 지나온 정확한 시간을 알아야합니다.

다시 강조합니다. 우리가 알고있는 '관념의 시간'과 실제로 빛의 속도를 기준으로한 내가 살아온 물리적 시간은 다르다는겁니다. 그러니 타임머신을 타고 20년 전으로 갔다고 해서 그 시간이 과거 내가 기억하는 20년전이라는 보장은 전혀 없습니다. (아마 딴세상일겁니다. 그나마 비숫하면 다행이죠)

앞서 설명드렸듯, 나의 시간도 상황에 따라 빨리가거나 늦게간다고 말씀드렸지요.
내가 그럴진대, 나 이외의 이세상 전부는 그 사이에 얼마나 빠르고 느리게 흘러왔을지 모른다는겁니다.
내가 지나온 과거와 똑같은 과거로 돌아가려면 나이외의 이세상 전부가 지나오면서 보내온 상대시간이 모두 정확하게 일치하는 그 시점으로 가야하는데, 그것을 불가능하기 때문입니다.

이 부분에 대해 이해 못하실까봐 보충 설명 드립니다.
시간은 모든 만물에 대해 상대적으로 흐릅니다.
내가 지나온 시간과 남이 지나온 시간이 다른것이 문제가 되는건, 이세상에 절대시간이 없다는겁니다.
(이부분이 핵심인데 이해가 쉽지 않으리라 생각합니다) 다시말씀드리자면 이세상 만물과 모두는 서로 다른 시계를 가졌지 모두가 기준으로삼는 표준 시계가 없다는겁니다. 더구나 각자 가진 그 시계는 때애따라 빨랐다 느렸다 합니다.

따라서 내가 타임머신을 타고 다른 시간으로 간다면 그건 내 시계에 맞춰 가는겁니다.
그때, 결국 도착할 시공간은 내 주위에 있던 다른 사람들의 시간과는 아무 상관이 없는 시간(아니 시공간)에 떨어지게 됩니다. 과연 내가 지나온 그 시간과 그 사건이 재연될까요? 당연히 딴세상이겠지요, 내가 출발한 그 시점을 기준으로 남과 상관없는 내 시계를 기준으로 거슬러갔는데 다른사람들이 내 시계와 맞추어 과거에 재현될까요?

예를들어, 설사 내가 지나온 시간을 정확히 계산했다 하더라도, 예를들어 10년전에 만났던 사람을 다시 보려고 10년전으로 갔다면, 나의 현재 시간을 기준으로 역산해서 10년전으로 갑니다. 하지만, 내가 10년전에 만났던 사람은 그 사이에 나와 다른 시간대를 살아왔습니다. 내가 10년전으로 거꾸로 가는동안 내가 만나려는사람은 다른 시간대를 살았기 때문에 10년동안 얼마나 멀리 가 있을지 모른다는겁니다.

이미 찍은 비디오를 거꾸로 돌리는것과 항상 변하는 우주의 시간을, 그것도 내 시계를 기준으로 돌리는건 다릅니다. 부연설명을 하자면, 타임머신을 타고 과거로 가는건 내 인생을 거꾸로 돌리는게 아닙니다.

그냥 나를 기준으로한 시간대를 거슬러 가는겁니다. 여기서 '시간'이라는걸 잊지마세요. '사건' 을 거꾸로 돌리는게 아니란겁니다.

시공간을 거슬러가는것과 이미 일어난 사건을 되돌리는건 전혀 다른 이야기 입니다.
그 사건은 재연될수도 아닐수도 있습니다. (아닐 가능성이 더 많습니다.)

절대시간이 아니라 나를 기준으로한 상대시간이란걸 잊지마세요. 나의 시계를 기준으로 10년전으로 가면, 이미 지나온 10년전에 만났던 그 사람은 어느 시간대에 있을지 알수 없습니다. 하지만, 내가 타임머신을 타면 나의 시계를 기준으로만 움직입니다.

그래도 이해가 가지 않는분을 위해 다른 예를 들어봅니다.
만약, 과거로 가는 타임머신이 절대시간을 따라가고, 이미 있었던 사건을 되돌린다면 과거로 가서 그 사건을 바라보는게 아니라 나자신이 그때로 되돌아가야합니다. 예를들어 10년전으로 돌아간다면 10년전의 나를 보는게 아니라 그 때의 나로 되돌아가서 10살이 젊어져야 한다는겁니다.

그게 아니라면 10년전의 나와 지금의 내가 공존한다면 그건 사건을 되돌린게 아니기 때문입니다. 두사람의 내가 존재한다면 그 자체로 다른 우주요 다른 세상이란 이야기지요. (물론, 10년전으로 갔다해서 10년전의 내 모습을 본다는 뜻이 아닙니다. 당연히 다른 세상일테니까요)

당연히 과거로 갔다해서 내가 다시 어려지지는 않지요. 그건 그 당시의 과거가 아닌 제삼의 다른 시공간으로 간다는뜻임과 함께 나에게는 현재인 '과거'라고 불리우는 세상으로 가는것 뿐이라는 뜻입니다.

그렇다면 당연히 10년전으로 가도 10년전의 사건이 재연된다는 보장이 없다는 사실에 이해가 가실겁니다.
타임머신이란 이미 일어난 사건을 되돌리는게 아니라 단지 시공간 좌표를 10년 전으로 돌리는것이란 사실에 이해가 가시는지요?

이 모든 상황은 절대시간이 아니라 상대시간 이기에 벌어지는 해프닝입니다. 위에서 설명했던, 모두가 함께보는 공중시계는 없습니다. 각자 서로 다르게 움직이는 시계를 보고 있을 뿐입니다.

따라서 내가 가게 될 과거는 실제로 내가 지나온 그 과거와 다를수도 있습니다.
아마도 필경, 내가 지나온 과거와 정확히 똑같은 과거로는 갈수 없을겁니다.

즉, 시간 여행은 설사 과거로 가더라도, 내가 지나온, 더구나 내가 기억하는 이세상사람들과 공유한 정확히 그 기점의 과거세상으로 갈수 있는게 아니라는겁니다.
쉽게 이해하자면 과거라고 하지만, 그냥 '과거라고 부르는' 세상으로 가는것 뿐입니다.

비전문가로서 제가 알고있는 시공간 관련 지식을 기반으로 설명 해 보았습니다.
혹시 물리학 전공하신분중에 제 글에 잘못된 내용이 있다면 딴지 걸어 주시기 바랍니다.
단, 정확한 근거를 바탕으로 지적 해 주시기 바랍니다.

P.S : 정확한 표현이 될런지는 모르겠으나 제 말씀을 한 만디로 표현하지면 이렇습니다.
"우주에 '과거'라 할수있는 시공간은 있으나 '과거'란 없다."

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