지식보관소_ 진짜 웜홀을 통해 다른 차원으로 이동할 수 있을까?

 

 

이런 웜홀이 존재하려면 몇 가지의 문제가 있습니다.

일단 공간이 휜다는 건 질량에 의해서 강한 중력이 생기는 것인데

이런 식으로 두 공간이 연결이 된다면

A지점과 B지점 모두 블랙홀이 되기 때문입니다.

 

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SF관련 영화나 영상 매체에서 단골로 등장하는 소재가 있습니다.

바로 웜홀인데요.

영화 <인터스텔라>뿐 아니라

1997년 개봉했던 <콘텍트>에도 웜홀이 등장하고

수많은 영화나 게임에서 웜홀은 단골로 등장합니다.

 

그러면 웜홀은 실제로 존재할까요?

일단 웜홀이 실제로 존재하는지 알기 위해서는

웜홀이라는 게 대체 무엇이고

어떻게 탄생했는지 그 배경을 알아야 합니다.

 

웜홀은 멀리 떨어진 두 공간을

다른 차원에서 하나로 이어주는 다리라고 보시면 되는데

주로 웜홀을 설명할 때

이런 그림을 사용하곤 합니다.

 

원래 가는 데 걸리는 시간보다

웜홀이라는 지름길을 이용해서 시간을 단축시킨다는 개념이죠.

 

사실 웜홀이 나온 배경은

일반상대성이론과 매우 밀접한 관련이 있습니다.

특수상대성이론이 나오기 전까지만 해도

인류는 속도라는 것은

계속 가속을 하면 무한히 가속이 될 수가 있는

그런 물리량으로 여겨왔습니다.

 

하지만 특수상대성이론으로

속도라고 하는 것이

절대로 변하지 않는 고정불변의 값이고

우리는 이 불변의 값을

시간, 차원과 공간, 3개의 차원 중

어느 차원으로 얼마큼 할당하느냐를

결정할 수 있다는 것을 알게 되었습니다.

 

마치 RPG 게임에서 스텟을 찍는 것처럼

전체 스텟포인트는 정해져 있고

그 스텟포인트를 어디에 찍느냐에 따라서

우리는 공간상의 특정 방향으로 몰빵을 하게 될 경우

그 방향으로 광속을 찍을 수가 있고

시간 방향으로 몰빵을 하게 되면

공간상에서는 속도가 없게 되는 것이죠.

 

이러한 사실은 뮤온입자와 전자가속기를 통해서

입자를 아무리 빨리 가속을 시킨다고 하더라도

공간상에서 광속에 근접을 할 수만 있고

광속을 넘지 못한다는 것이 밝혀지게 되면서 증명이 됩니다.

 

물론 인간의 기술력으로 우주선을 광속까지 가속을 시키는 건

먼 미래의 일이었기 때문에

이 사실이 일상생활에서 공간 이동에 따른 발목을 잡지는 않았지만

인간의 상상력은 발목을 잡았습니다.

먼 미래에도 수백 광년이 넘는

다른 별로 이동하는 것이 불가능하다고 여겨졌기 때문이죠.

 

그런데 그 이후에 아인슈타인은

일반상대성이론을 발표합니다.

 

일반상대성이론은

중력이 왜 생기느냐에 대한 고민에서 시작이 됩니다.

[중력]이라는 현상은 물리적으로 따지면 [가속도]의 현상입니다.

 

우리는 지금 이 시간에도 9.8m/s^2의 속도로

항상 지구로 가속을 하고 있죠.

우리는 그 가속에 대해 저항을 하고 있기 때문에

그 저항력을 느낍니다.

따라서 가속의 저항을 하지 않는 자유낙하 중에는

중력을 느끼지 않게 됩니다.

 

실제로 우주여행이 상용화되고 나서

여러분이 처음 로켓을 타고 우주에 나가게 된다면

“무중력이라는 게 이런 느낌이구나” 이런 생각보다는

“뭐야, 갑자기 떨어지고 있는데”라는 생각을 하게 될 겁니다.

 

무중력에서 느끼게 될 느낌을 느껴보고 싶다면

높은 곳에서 뛰어내렸을 때 느낄 수 있습니다.

물론 실제로 그러면 위험하니까

번지 점프를 해보면 알 수가 있겠죠.

 

물론 우주에서 느끼게 되는 무중력의 느낌은

공기 저항이 발생하지 않는다는 것이 좀 다른 점입니다.

 

중요한 것은 중력이라는 현상은

가속도의 현상과 100% 물리적으로 동일하다는 것입니다.

실제로 핸드폰에 있는 중력 센서는

중력을 감지하는 게 아니라

가속도를 감지하는 장치입니다.

 

무중력 상태에서 9.8m/s^2의 속도로 계속 가속을 하게 되면

마찬가지로 중력센서가 작동을 합니다.

 

물리적으로 중력과 가속도를 구분할 방법은 존재하지 않습니다.

사실 존재하지 않는 게 아니라

두 개는 완전히 동일한 것이죠.

 

아인슈타인은 중력과 가속도가

완전히 동일한 것이라는 것을 이해하고

우주가 특수상대성이론에서

4차원의 시공간으로 이루어져 있던 것처럼

우리 눈에 보이지 않는 차원 방향으로

시공간이 휘어질 수가 있고

질량이 있는 물체가

시공간을 눈에 보이지 않는 차원으로 휘어지게 한다면

어떤 일이 생기게 될지 생각을 해봤습니다.

 

특수상대성이론에 의하면

모든 물체는 시공간상에서 항상 빛의 속도를 지니고 있는데

시공간 자체가 휘어져서 늘어나게 된다면

그 늘어난 방향으로 가속하는 힘이 생기게 될 수밖에 없다는 걸

알아내게 됩니다.

 

아인슈타인은 이런 생각을 하게 되고서

이 생각을 자신의 인생에서

가장 행복한 생각이었다고 표현합니다.

 

결국 아인슈타인은

인생에서 가장 행복한 생각을 통해서

중력이 생기는 원인을 알아냈고

그 원인은 질량이 있는 물체가

시공간을 휘어지게 함으로써 생기는 것이었죠.

 

그리고 아인슈타인의 이런 생각은

에딩턴의 일식 관측을 통해서 증명이 됩니다.

 

보통 우리가 별을 관측할 땐 밤하늘을 관측합니다.

그 이유는 태양이 너무 밝아서 낮에 관측을 하면 관측이 힘들기 때문인데

에딩턴은 달이 태양을 가리는 일식이 일어나는 날

태양 뒤에 있어야 하는 별을 관측한 것입니다.

 

아인슈타인의 주장대로

원래 태양 뒤에 있어서 가려져서 안 보였어야 하는 별이

태양 때문에 시공간이 휘어지면서 볼 수 있게 되면서

일반상대성이론이 증명이 되게 됩니다.

 

일반상대성이론의 증명은

결국 시공간이 휘어질 수가 있다는, 중대한 사실의 발견입니다.

이런 사실은 특수상대성이론에 의해서

인류는 빛의 속도를 넘을 수가 없지만

일반 상대성 이론으로

시공간을 구부리거나 휠 수도 있을지 모른다는 사실을 알려주었죠.

 

만약 시공간이 휘어져서 엄청 멀리 떨어진 공간과 연결이 된다면

먼 거리를 순식간에 이동할 수 있는 것입니다.

 

이것을 웜홀이라고 부르는데

이런 웜홀이 존재하려면 몇 가지의 문제가 있습니다.

 

일단 공간이 휜다는 건

질량에 의해서 강한 중력이 생기는 것인데

이런 식으로 두 공간이 연결이 된다면

A지점과 B지점 모두 블랙홀이 되기 때문입니다.

 

즉 빛도 빠져나올 수 없을 정도로

강력한 블랙홀을 빠져나올 수 있는 물체는 없으므로

이곳에 들어가면 중간에 갇히게 됩니다.

 

이를 해결하기 위해서

모든 걸 빨아들이는 대신에

모든 걸 내뱉는 화이트홀이라는 개념을 만들어내기도 했는데

실제 우주에서 발견된 적이 없을 뿐만이 아니라

음의 중력을 가진다는 점에서

공상과학 그 자체인 게 사실입니다.

 

하지만 화이트홀의 질량방출은

물리적으로 우주가 생겨난 빅뱅과 동일하기 때문에

우리의 우주는 다른 우주의 블랙홀 속이라는 가설이 있는데

이 이야기까지 하게 되면 너무 길어지니까

다른 콘텐츠에서 다루겠습니다.

 

또한 화이트홀이 실제로 존재하지 않지만

있다고 하더라도

블랙홀의 특이점을 넘어서는 순간

모든 물질은 소립자 단위로 분해된다는 사소한 문제도 있죠.

 

우리의 몸도 특이점을 넘어가는 순간

더 이상 우리의 몸이 아닐 겁니다.

그거 굉장히 사소한 문제죠.

 

사실 지금까지 설명한 모든 문제가 해결이 된다고 해도

연결하는 두 개의 시공간이

실제로 한 차원 위에서 연결이 가능할 정도로

시공간이 휘어져 있어야 닫힌 우주가 가능하죠.

 

예를 들어

우리나라에서 브라질까지 웜홀처럼 빠른 지름길을 뚫으려면

지구 중심방향으로 뚫어서 통로를 만들어야 하는데

이게 가능한 이유는

지구의 형태가 구형이기 때문입니다.

 

즉 웜홀처럼 시공간에 구멍을 내서 다른 시공간으로 이동하려면

전에 제가 콘텐츠로 다뤘던

닫힌 우주의 형태로 우주가 되어 있거나

최소한 연결이 가능할 정도로

두 공간이 이미 휘어져 있어야 합니다.

 

또한 시공간에 찢어진 문제도 있는데

사실상 두 공간이 연결될 때

시공간이 찢어졌다가 다시 이어져야 하는데

이게 물리적으로 가능할지도 관건입니다.

 

좀 더 깊게 들어가면

초끈이론이 맞다면

초끈이론의 플립변환으로

이 문제를 이론적으로 해결할 수가 있습니다.

 

많은 사람들이 웜홀이 실제로 존재하거나

만드는 게 가능할 가능성이 높다고 생각을 하지만

실제로 웜홀은 이렇게 이론상으로는 가능할지 모르겠지만

발견된 적이 없고 실제로 불가능할 가능성도 높습니다.

 

여기에서

“아니 최신 이론에서도 웜홀을 만들 수가 있다는데” 라고

의아해하는 분도 있을 텐데

어디까지나 수학적으로 가능함이 증명되었다는 이야기입니다.

수학적으로는 타임머신도 가능하고 타키온도 가능하니까요.

거기다가 2019년에 발표된 논문은

초끈이론이 맞을 경우를 전제한 것이죠.

 

사실 이번 편에서

웜홀에 대해서 간단히 얘기를 하려고 시작을 했는데

설명을 하다 보니

웜홀이야기 하나만 하려고 해도

파생이 되는 이야기도 너무나 많고

채널 컨셉이 쉽게 설명하는 것이다 보니까

상대성이론과 양자역학, 호킹복사이론, 초끈이론의 플립변환

이런 내용이 기본적으로 들어가는 내용이었는데

저는 이 내용을 알고 있다는 가정으로

처음 영상을 만들다가

채널을 처음 본 분들이 못 볼 것 같아서

간단하게 쉬운 물리(일반상대성이론) 설명과

웜홀의 가장 기초적인 내용만 전달하게 되었습니다.

 

2만6천 광년 떨어진 우리은하 중심에 있는 블랙홀에 가면

실제로 어떤 모습일지 굉장히 궁금하네요.

그럼 이만.