웜홀연구에대해궁금해서질문합니다..

Question

장기적으로 웜홀 연구가 크게 발전하고, 관측 기술과 이론물리학, 양자중력 연구, 시공간을 정밀하게 제어하는 기술까지 함께 발전한다고 가정하겠습니다.

현재는 실제 웜홀이 발견되거나 인공적으로 만들어진 적이 없다는 점은 이해하고 있습니다. 그렇다면 앞으로 웜홀에 대한 연구와 관측이 크게 진전되어 웜홀의 존재와 구조, 안정적으로 유지될 수 있는 조건 등이 구체적으로 밝혀진다면, 이것이 과거 또는 미래로의 시간 이동, 즉 타임머신을 연구하는 데 새로운 물리학적 실마리를 제공할 가능성이 있을까요?

특히 통과 가능한 웜홀이나 웜홀의 두 입구 사이에 시간 차이를 만드는 조건 등이 실제 물리적으로 가능하다는 근거가 발견된다면, 장기적으로 시간 이동 기술을 연구할 수 있는 단계로 발전할 가능성이 있는지도 궁금합니다.

현재는 실현 방법이 없다는 것과 미래에도 원리적으로 불가능하다는 것은 구분해서, 새로운 물리학이 발견될 가능성까지 포함해 장기적인 연구 가능성 관점에서 답변 부탁드립니다.

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

질문을 정확히 나눠주셔서 그 구분대로 답할게요. 결론은 원리적 불가능이 증명된 게 아니라 열린 문제이고, 웜홀 연구가 진전된다면 시간 이동 연구의 실마리가 될 가능성은 이론적으로 실재해요.

이론 쪽 근거부터 보면, 아인슈타인 방정식은 통과 가능한 웜홀을 허용하는 해를 실제로 갖고 있어요. 킵 손 연구진이 1988년에 보인 게 바로 이거예요. 그리고 웜홀 두 입구 사이에 시간 차이를 만들면, 그러니까 한쪽 입구를 광속에 가깝게 움직였다 되돌리거나 강한 중력장 근처에 두면 두 입구의 시간이 어긋나면서 웜홀이 과거로 가는 통로가 될 수 있다는 것도 같은 논문 계열에서 나온 결과예요. 시간 지연이라는 검증된 물리에 웜홀을 결합하면 타임머신 구조가 수학적으로 그려진다는 뜻이에요.

관건은 그걸 열어둘 재료예요. 통과 가능한 웜홀은 목이 오므라들며 닫히려 해서, 음의 에너지를 가진 물질이 받쳐줘야 유지돼요. 음의 에너지 자체는 양자역학의 카시미르 효과로 극미량 존재가 확인됐지만, 웜홀을 지탱할 규모로 모을 수 있는지는 미지수예요. 양자장론에는 음의 에너지 사용량을 제한하는 부등식들이 있어서 자연이 대규모 사용을 막고 있을 가능성도 있고요. 여기에 호킹의 시간순서 보호 가설이 있어요. 웜홀이 타임머신이 되는 순간 양자 요동이 폭주해 스스로 붕괴한다는 추측인데, 이게 맞는지는 양자중력 이론이 완성돼야 판정할 수 있어요. 말씀하신 양자중력 연구가 발전해야 하는 이유가 정확히 여기 있는 거예요.

그래서 장기 전망은 이렇게 정리돼요. 웜홀의 존재나 안정 조건이 관측이나 이론으로 구체화되면, 그건 음의 에너지와 시공간 구조에 대한 지식이 확보됐다는 뜻이라 시간 이동 연구는 공상에서 물리학의 계산 가능한 문제로 격상돼요. 다만 그 연구의 결말이 시간 이동 가능일지, 자연이 금지하는 이유의 발견일지는 지금 알 수 없어요. 물리학자들 다수는 후자에 무게를 두지만, 이 질문이 양자중력 연구를 끌고 가는 좋은 엔진이라는 데는 이견이 없어요. :)