[Kurzgesagt] 웜홀이란 – 시공간의 파괴

 

 

 

웜홀을 실제로 보면 공처럼 둥글게 생겼을 겁니다.

블랙홀과 비슷하게 말이죠.

 

반대편에서 빛이 들어와 먼 곳으로 통하는 창을 만듭니다.

통과하면 반대편이 완전히 눈에 들어올 겁니다.

고향은 반짝이는 공 모양의 창밖으로 멀어집니다.

 

웜홀은 실제로 존재할까요?

아니면 물리학과 수학의 탈을 쓴 마법일까요?

실제로 존재한다면 그 원리가 뭘까요?

그리고 어떻게 찾을 수 있을까요?

 

 

대부분의 인류 역사 동안 우주는 우리에게 단순한 곳이었습니다.

여러 우주적 사건이 벌어지는 크고 평평한 무대였죠.

행성, 별과 같은 무대 장치를 다 내려도 이 무대에는 남는 게 있습니다.

이 텅 빈 무대가 우주입니다.

이렇게 존재합니다.

변화하지 않고 영원한 곳으로요.

 

그러다 아인슈타인의 상대성 이론이 모든 것을 바꿨습니다.

상대성 이론에 따르면 시공간이 무대를 함께 만들고

이 무대가 모든 곳에서 똑같지 않습니다.

무대 위에 있는 것이 무대에 영향을 줄 수 있습니다.

무대를 늘리거나 비틉니다.

 

이전의 무대가 움직이지 않는 단단한 나무 재질이라면

아인슈타인의 무대는 물침대에 가깝습니다.

이렇게 탄력 있는 우주는 구부러질 수 있고 심지어 찢었다 붙일 수도 있습니다.

따라서 웜홀이 존재할 수 있습니다.

 

평면에서 이게 어떤 모습일지 살펴봅시다.

우리 우주는 평평하고 거대한 천처럼 생겼습니다.

잘 구부리기만 하면 웜홀로 서로 크게 떨어져 있는 두 점을 짧은

다리로 이어 거의 순간적으로 이동할 수 있습니다.

빛의 속도보다 빠르게 우주를 여행할 수 있는 거죠.

 

그럼 웜홀을 어디서 찾을 수 있을까요?

현재로서는 이론으로만 존재합니다.

 

일반 상대성 이론에 의하면 가능하다고는 하지만

그렇다고 실제로 반드시 존재하는 것은 아닙니다.

 

일반 상대성 이론은 수학적 이론입니다.

많은 해답이 있는 여러 수식이지만 모든 해답이 현실에 존재하는 건 아닙니다.

그렇지만 이론적으로는 가능하며 웜홀에는 여러 종류가 있습니다.

 

 

1) 아인슈타인 로젠 다리

첫 이론적 웜홀은 아인슈타인 로젠 다리입니다.

이 웜홀은 모든 블랙홀을 무한한 평행 우주로 향하는 통로로 설명합니다.

 

다시 평면에서 상상해봅시다.

텅 빈 시공간은 평평하지만 그 위의 물체에 의해 휘어져 있습니다.

그 물체를 압축하면 시공간은 그 주변으로 더 많이 휘어집니다.

그러다 결국 시공간이 너무 심하게 비틀리면 붕괴해 블랙홀이 됩니다.

 

일방통행만 가능한 장벽인 사건의 지평선이 탄생합니다.

들어갈 수는 있지만 영원히 중심의 특이점에서 탈출할 수 없습니다.

하지만 거기에 특이점이 없을지도 모릅니다.

한 가지 가능성은 사건의 지평선 반대쪽은 우리 우주 같이 보일지도 모른다는 겁니다.

대신 거꾸로 뒤집혀서 시간이 반대로 흐르는 우주입니다.

우리 우주에서 블랙홀은 모든 것을 빨아들입니다.

사건 지평선 반대의 평행 우주에서는

시간이 반대로 흐르며 빅뱅처럼 물체를 토해놓습니다.

이게 바로 화이트홀입니다.

 

안타깝지만 아인슈타인 로젠 다리는 건널 수 없습니다.

반대편 우주로 건너가는 데 무한한 시간이 걸리고 그마저도 중간에 닫힙니다.

블랙홀로 들어간다고 화이트홀로 나갈 수 없습니다.

그냥 죽게 될 뿐이죠.

 

그러니 눈 깜짝할 새에 우주를 여행하려면

우리는 다른 '통과 가능한 웜홀'을 찾아야 합니다.

 

 

2) 매우 오래된 끈 이론 웜홀

끈 이론이나 그와 유사한 이론이 맞는다면

운 좋게 우리 우주에는 이미 수많은 웜홀이 서로 얽히고설켜 있을지 모릅니다.

 

빅뱅이 일어난 지 얼마 되지 않았을 때 가장 작은 규모에서의 양자 요동

원자보다 훨씬 더 작은 규모에서의 양자 요동은

수많은 통과 가능한 웜홀을 만들었을 수 있습니다.

이 웜홀은 우주 끈으로 꿰어져 있습니다.

 

빅뱅이 일어나고 10억의 1조분의 1초 후

이 매우 작은 웜홀들의 양쪽 끝은

여러 광년에 걸쳐 서로 멀어져서 우주 전체로 퍼져나갔습니다.

 

우주 끈을 통해서든 아니면 어떤 다른 방법으로든

웜홀이 초기 우주에서 탄생했다면

우주 곳곳에 발견되기만을 기다리며 숨겨져 있을지 모릅니다.

생각보다 가까운 데 있을지도 모르죠.

 

밖에서 볼 때는 블랙홀과 웜홀이 비슷하게 보입니다.

그래서 은하 중앙에서 발견되는 초거대 블랙홀이

실제로는 웜홀이라는 물리학자 들도 있습니다.

우리 은하의 중앙으로 가서 직접 확인하기는 너무 어렵겠지만 괜찮습니다.

 

마찬가지로 엄청나게 어려운 방법이지만

웜홀을 직접 확인할 방법이 있을지 모릅니다.

직접 만드는 겁니다.

 

 

3) 인공 웜홀

통과 가능하고 유용하려면 웜홀은 몇 가지 특징을 갖고 있어야 합니다.

-첫째, 당연히 서로 다른 두 시공간을 연결해야 합니다.

침실과 화장실이라든지 아니면 지구와 목성도 좋고요.

-둘째, 사건의 지평선을 포함하면 안 됩니다.

양방향 여행이 불가능해지니까요.

-셋째 인간이 중력 때문에 죽지 않을 정도로 적당한 크기여야 합니다.

 

가장 큰 문제는 웜홀을 계속 열어 놓는 겁니다.

어떻게 만들어도 웜홀은 중력에 의해 닫히려고 합니다.

중력은 웜홀을 찌그러뜨려 닫고 다리를 끊으려고 합니다.

그럼 양쪽에 블랙홀만 남게 되겠죠.

양쪽 다 우리 우주에 있는 통과 가능한 웜홀이든 아니면 다른 우주로 향하는 웜홀이든

억지로 열어 놓고 있지 않으면 스스로 닫히려고 할 겁니다.

 

매우 오래된 끈 이론 웜홀의 경우 우주 끈이 그 역할을 하겠지만

인간이 만든 웜홀의 경우 다른 재료가 필요합니다.

이 재료는 별난 물질입니다.

지구에서는 찾을 수 없는 물질이고 심지어 반물질도 아닙니다.

완전히 새롭고 다른 흥미진진한 물질입니다.

한 번도 본 적 없는 기괴한 특징들을 보유하고 있죠.

 

별난 물질은 음의 질량을 가진 물질입니다.

양의 질량을 갖는 사람, 행성을 비롯한 우주의 모든 것은 중력 때문에 서로 끌어당깁니다.

하지만 이건 밀쳐냅니다.

이 별난 물질은 여러분을 밀어낼 겁니다.

 

이 '반중력'을 이용하면 웜홀을 열어 놓을 수 있습니다.

별난 물질로 시공간을 열어 놓으려면 엄청난 압력이 필요합니다.

중성자별 핵의 압력보다 더 큰 압력이 있어야 하죠.

별난 물질이 있으면 우리는 시공간을 마음대로 엮을 수 있습니다.

심지어 우리가 이미 알고 있는 물질이 이 별난 물질일지도 모릅니다.

바로 우주의 진공 그 자체입니다.

 

텅빈 우주에서의 양자 요동은 끊임없이 입자와 반입자의 쌍을 만들어내고 있습니다.

한순간 뒤에 다 사라져 버리지만요.

이 우주의 진공은 이런 입자와 반입자로 들끓고 있습니다.

그리고 이미 우리는 이들을 조종해 음의 질량과 비슷한 효과를 만들 줄 압니다.

 

이걸 이용하면 웜홀을 안정화할 수 있습니다.

일단 열어서 고정하고 나면 양쪽 구멍이 같은 곳에 있을 겁니다.

그러면 두 구멍을 이동하고 싶은 곳에다 갖다 놓아야 합니다.

 

처음에는 태양계 곳곳을 연결하면 됩니다.

그리고 웜홀 한쪽을 지구를 공전하도록 갖다 놓는 거죠.

먼 우주로 쏘아 보내는 것도 좋습니다.

 

지구는 웜홀 허브가 되고

인류는 멀리 떨어진 별도 웜홀 통과 한 번으로 이동하는

거대한 성간 문명으로 발돋움하는 겁니다.

 

그러나 웜홀에는 어두운 면이 있습니다.

웜홀은 하나만 열려도 우주를 근본적인 관점에서 파괴합니다.

시간 여행 역설을 만들고 우주의 인과 구조를 훼손할 수 있습니다.

많은 과학자는 그래서 웜홀은 만드는 것이 불가능할 뿐만 아니라 존재 자체가 불가능하다고 합니다.

 

그래서 웜홀은 아직까지 우리 마음속에 그리고 종이 위에 수식으로만 존재

할 뿐이지요.

 

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