살면서 "아, 딱 10분 전으로만 돌아가고 싶다"거나 "그때 그 주식을 샀어야 했는데!" 하며 후회해 본 적 있으신가요? 우리는 누구나 과거의 실수를 고치거나, 미래의 로또 번호를 알아오고 싶다는 상상을 합니다.
백 투 더 퓨처부터 어벤져스: 엔드게임까지, 시간 여행은 SF 영화의 영원한 단골 소재입니다. 영화 속 주인공들은 타임머신을 타고 과거와 미래를 자유롭게 오가며 역사를 바꾸기도 하죠.
그렇다면 현실의 과학에서도 시간 여행은 가능할까요? 결론부터 말씀드리면 미래로 가는 것은 100% 가능합니다. 하지만 과거로 가는 것은 우주의 질서를 무너뜨리는 심각한 모순, 즉 역설(Paradox)을 낳게 됩니다. 오늘은 물리학자들이 머리를 싸매고 고민하는 타임머신의 딜레마, 할아버지 역설에 대해 이야기해 봅니다.
미래로 가는 여행 (이미 가능한 기술)
아인슈타인의 상대성 이론에 따르면, 시간은 누구에게나 똑같이 흐르는 절대적인 것이 아닙니다. 중력이 강한 곳에 있거나, 아주 빠른 속도로 움직이면 시간은 느리게 흐릅니다.
영화 인터스텔라를 떠올려보세요. 블랙홀 근처 행성에서 주인공들이 고작 3시간을 보내고 돌아왔는데, 우주선에 남아있던 동료는 이미 23년이나 늙어버렸죠? 주인공들은 동료보다 23년 느리게 시간을 보냈기 때문에, 사실상 23년 뒤의 미래로 시간 여행을 한 셈입니다.
꼭 블랙홀이 아니더라도, 빛의 속도에 가깝게 달리는 우주선을 타고 우주를 한 바퀴 돌고 오면 지구의 시간은 수십 년, 수백 년이 지나 있을 수 있습니다. 즉, 편도 티켓이긴 하지만 미래로 가는 시간 여행은 이론적으로 완벽하게 가능합니다. 🚀⏩
과거로 가는 여행 (웜홀이라는 지름길)
문제는 과거로 가는 여행입니다. 시간을 거꾸로 되돌리기 위해서는 빛보다 빨리 움직이거나, 시공간을 구부려 과거와 현재를 이어주는 통로가 필요합니다. 과학자들은 웜홀(Wormhole)을 그 유력한 후보로 봅니다.
이론적으로 웜홀의 한쪽 입구를 빛의 속도로 움직여서 시간 지연을 시킨 다음, 다른 쪽 입구와 연결하면 과거로 통하는 문을 만들 수 있다고 합니다. 하지만 여기에는 치명적인 논리적 함정이 기다리고 있습니다.
내가 태어나지 않게 된다면? (할아버지 역설)
과거로 가는 시간 여행이 불가능하다는 것을 보여주는 가장 유명한 예시가 바로 할아버지 역설(Grandfather Paradox)입니다.
상상을 해봅시다. 당신이 타임머신을 개발해서 과거로 날아갑니다. 그리고 당신의 할아버지가 할머니를 만나 결혼하기 전인 젊은 시절로 가서, 실수로 할아버지를 죽이거나 결혼을 못 하게 방해했다고 가정해 봅시다.
그러면 아버지는 태어날 수 없고, 당연히 당신도 태어날 수 없습니다. 그런데 잠깐, 당신이 태어나지 않았다면 타임머신을 타고 과거로 가서 할아버지를 방해한 사람은 도대체 누구일까요?
당신이 과거로 가서 할아버지를 방해했다.
그 결과 당신은 태어나지 못한다.
태어나지 못했으니 과거로 가서 방해할 수도 없다.
방해를 안 했으니 할아버지는 결혼하고 당신이 태어난다.
태어난 당신은 다시 과거로 가서 할아버지를 방해한다. (무한 반복)
이렇게 원인과 결과가 꼬리에 꼬리를 물고 충돌하여 논리가 붕괴되는 현상, 이것이 바로 시간 여행의 가장 큰 걸림돌입니다. 👴🚫👶
해결책: 역사는 바꿀 수 없다 vs 평행 우주
이 모순을 해결하기 위해 과학자들과 작가들은 몇 가지 가설을 내놓았습니다.
첫 번째는 무슨 짓을 해도 역사는 바뀌지 않는다는 결정론입니다. 당신이 과거로 가서 할아버지를 쏘려고 총을 쐈는데 총이 고장 나거나, 빗나가는 등 우주의 의지가 개입해서 어떻게든 할아버지는 살아남고 당신은 태어난다는 것입니다. (영화 터미네이터의 초기 설정과 비슷하죠.)
두 번째는 어벤져스: 엔드게임에서 채택한 다중 우주(Multiverse) 이론입니다. 당신이 과거로 가서 역사를 바꾸는 순간, 그 우주는 당신이 살던 우주와는 전혀 다른 갈래의 평행 우주(Parallel Universe)로 갈라져 나간다는 것입니다.
즉, 당신이 할아버지를 죽인 그 과거 세계는 당신이 존재하지 않는 새로운 우주 B가 되는 것이고, 당신이 원래 살던 우주 A에는 아무런 영향을 미치지 않습니다. 그러니 과거를 바꿔도 현재의 내 로또 번호는 바뀌지 않는다는 슬픈 결론이 나옵니다.
시간은 보호받고 있다?
스티븐 호킹 박사는 연대기 보호 가설을 주장했습니다. 우주는 인과율이 깨지는 것을 극도로 싫어하기 때문에, 타임머신이 만들어지려는 순간마다 물리적인 방해 공작(예: 웜홀의 붕괴, 에너지 폭주 등)이 일어나서 시간 여행을 원천 봉쇄할 것이라는 이야기입니다.
그래서 호킹 박사는 재미있는 실험을 했습니다. 미래의 시간 여행자들을 위한 파티를 열고 초대장을 파티가 끝난 뒤에 공개한 것이죠. 만약 미래에 타임머신이 발명된다면 누군가 이 초대장을 보고 과거(파티 날짜)로 올 테니까요. 결과는 어땠을까요? 아무도 오지 않았습니다. 어쩌면 이것이 시간 여행이 불가능하다는 가장 확실한 증거일지도 모르겠네요.
다음 시간에는 영화 <천사와 악마>의 소재이자, 전 우주를 통틀어 가장 비싸고 위험한 물질 이야기에 대해 알아 보겠습니다. 다음 글에서 만나요! 👋