본문내용바로가기

줌 인 버튼 줌 아웃 버튼

동영상

KISTI 과학향기 제1784호

VIDEO

웜홀에 대한 쉬운 설명

자막
만약에 당신이 현실에서 웜홀을 본다면 블랙홀처럼 둥글고 구형으로 보일 것입니다.
반대쪽에서 빛이 통과해 와, 멀리 떨어진 곳으로 통하는 창문이 되죠.
이 창문을 넘어간다면, 반대쪽은 아른거리는 구형 창문 너머로 여러분의 방 안을 비출 것입니다.
그런데, 웜홀은 실재할까요, 아니면 그냥 물리학과 수학으로 위장한 마법일까요?
만약에 웜홀이 진짜라면, 그 원리는 무엇이고 어디서 찾아야 할까요?
대부분의 인류 역사에서,
우리는 공간이 우주의 사건들이 펼쳐지는 크고 평평한 무대라고만 생각했습니다.
여기에서 행성과 별들을 끌어내리더라도 무언가는 여전히 남아 있죠.
이 빈 무대를 공간이라 하고,
영원하며 변하지 않는 채로 존재합니다.
아인슈타인의 상대성 이론은
시간과 공간이 함께 무대를 구성하고, 이는 어디서든 같은 것은 아니라는 내용으로 판을 바꾸었습니다.
무대 위의 소품들은 무대를 늘이고 구부림으로써 무대 자체에 영향을 줄 수 있습니다.
기존의 무대가 고정된 나무 무대와 같았다면, 아인슈타인의 무대는 물침대와 비슷합니다.
이러한 탄력적인 공간은 구부러질 수도, 찢거나 붙일 수도 있어 웜홀의 존재를 가능하게 합니다.
2차원으로는 어떨지 확인해 봅시다. 우리 우주는 적당히 구부러진 커다란 평면 시트와 같습니다.
웜홀은 매우매우 먼 지점을 거의 순식간에 지나갈 수 있는 짧은 다리를 놓는 것과 같습니다.
빛의 속도보다 훨씬 빠르게 우주를 여행할 수 있죠.
그러면 어디를 가야 웜홀을 찾을 수 있을까요?
현재로서는 논문에만 존재합니다.
일반 상대성 이론에 따르면 웜홀이 가능할 수도 있지만, 그렇다고 해서 꼭 존재한다는 뜻은 아닙니다.
일반 상대성 이론은 수학 이론입니다. 여러 가지 해가 있는 방정식의 집합이지만, 모든 식이 현실을 설명하지는 않습니다.
그러나 웜홀은 이론적으로 가능하며, 여러 종류가 있습니다.
아인슈타인-로젠 다리
처음으로 제시된 웜홀은 아인슈타인-로젠 다리입니다.
아인슈타인과 로젠은 모든 블랙홀을 무한한 평행우주로 통하는 포탈로 설명합니다.
다시 2차원으로 돌아가 봅시다.
텅 빈 시공간은 평평하지만,
그 위에 있는 물체에 의해 구부려집니다. 이 물체를 압축한다면, 그 주변의 시공간은 점점 더 구부러지겠죠.
결국에는 시공간이 지나치게 왜곡되어 블랙홀로 붕괴하게 됩니다.
일방통행 장벽이 무엇이든 들어갈 수 있지만 아무 것도 나갈 수 없는 사건의 지평선을 형성합니다.
중심부의 특이점에 영원히 갇히게 되는 거죠.
하지만 어쩌면, 거기 특이점이 없을 수도 있습니다.
한 가지 가능성에 따르면, 사건의 지평선 반대쪽에도 우리 우주 같은 것이 또 있지만
거기는 시간이 거꾸로 가는 뒤집힌 우주입니다. 우리 우주에서는 블랙홀로 떨어지지만,
시간이 거꾸로 가는 평행우주에서는 거울 블랙홀이 빅뱅처럼 물질을 뱉어내는 거죠.
이를 화이트 홀이라고 합니다.
아쉽지만 아인슈타인-로젠 다리는 실제로 건널 수 없습니다.
반대쪽 우주로 건너가는 데 무한한 시간이 걸리고, 중간에 길이 너무 좁아지기 때문입니다.
당신이 블랙홀로 들어간다면, 화이트홀로 나오는 대신 그냥 죽을 겁니다.
즉, 눈 깜짝할 사이에 우주를 여행하려면 인간에게는 다른 종류의 웜홀,
건널 수 있는 웜홀이 필요합니다.
(엄청 오래된) 끈이론 웜홀
만약 끈이론이나 그 유사 이론이 우리 우주를 설명하는 옳은 이론이라고 한다면,
운 좋게도 우리 우주에는 이미 수많은 웜홀들이 거미줄처럼 얽혀 있을 수도 있습니다.
빅뱅 직후에,
원자 크기보다 훨씬 작은 크기의 양자 요동이
건널 수 있는 웜홀을 여럿 만들었을 수도 있습니다.
우주끈이라고 하는 끈들이 그 사이로 꿰어져 있겠죠.
빅뱅 이후 몇억의 몇억 분의 1초 동안 이 작디작은 웜홀들의 양쪽 끝이 몇 광년 거리로 분리되어,
우주 전체에 고루 퍼지게 됩니다. 만약 우주 초기에 우주끈이든 다른 방법으로든
웜홀이 형성되었다면, 이들은 우주 곳곳에서 발견되기만을 기다리고 있을 수도 있습니다.
생각보다 훨씬 가까이 있을 수도 있겠죠.
바깥에서 보면 블랙홀과 웜홀은 매우 비슷해 보이기 때문에
어떤 물리학자들은 은하계의 중심에 있는 초대질량 블랙홀이 사실
웜홀이라고 생각하고 있습니다. 이를 발견하기 위해 은하계의 중심까지 가는 것은 매우 힘들겠지만, 그래도 괜찮습니다.
웜홀을 만드는 것도 그것만큼이나 매우 힘들 수도 있거든요. 우리가 직접 웜홀을 만들어볼 수도 있을 것입니다.
인공 웜홀
건널 수 있고 유용하게 쓸 수 있으려면,
웜홀이 반드시 충족해야 하는 성질이 있습니다. 첫째로는 당연히 시공간의 멀리 떨어진 곳을 연결해야 합니다.
침실과 화장실이라든지,
아니면 지구와 목성이라든지요.
둘째, 양방향 여행을 막는 사건의 지평선이 있어서는 안 됩니다.
셋째, 중력이 인간 여행자를 죽이지 않을 만큼 웜홀이 충분히 커야 합니다.
우리가 해결해야 하는 가장 큰 문제는 웜홀을 어떻게 열린 채로 유지하느냐입니다. 우리가 웜홀을 어떻게 만들든, 중력이 이를 닫으려 할 것입니다.
중력은 웜홀을 닫아버리고, 다리를 끊어서 양쪽에 블랙홀만 남기려 합니다.
건널 수 있는 웜홀이 우리 우주의 다른 곳으로 통하든, 아니면 다른 우주로 통하든,
웜홀을 무언가로 받쳐서 열어놓지 않으면 중력이 닫으려 할 것입니다.
아주 오래된 끈이론 웜홀의 경우에는 우주끈이 그렇게 할 수 있습니다.
인공 웜홀의 경우에는 뭔가 새로운 재료가 필요합니다.
바로 exotic matter죠.
이것은 우리가 지구에서 찾을 수 있는 그 무엇과도, 심지어는 반물질과도 다릅니다.
전혀 새롭고 신나는, 이전에 있었던 그 무엇과도 다른 놀라운 성질이 있는 물질입니다.
exotic matter는 질량이 음수인 물질입니다.
양의 질량인 물질,
즉 사람과 행성을 포함한 우주의 모든 것들은 중력으로 인해 서로 끌어당깁니다.
그러나 음의 질량인 물질은 오히려 다른 물질을 밀어냅니다.
이로 인해 반중력 같은 것이 생겨, 웜홀이 닫히지 않게 할 수 있습니다.
exotic matter로 우리는 원하는 모양으로 시공간을 재단할 수 있습니다.
심지어 공간에 있는 진공 그 자체를 exotic matter의 후보로 선정할 수도 있습니다.
빈 공간에서의 양자 요동은 입자와 반입자 쌍을 끊임없이 생성하지만,
만들어진 즉시 소멸되어 버립니다.
진공인 공간은 이들로 끓고 있으며, 우리는 이미 이를 조작해서 우리가 원하는 음의 질량과 비슷한 효과를 만들어낼 수 있습니다.
이로써 웜홀을 안정화시킬 수 있습니다.
일단 웜홀을 열어두면 반대쪽도 같은 곳에 열려 있기 때문에, 이 웜홀 끝을 원하는 장소로 옮겨야 할 것입니다.
태양계의 행성들을 하나씩 연결해놓고, 입구를 지구 궤도에 올려놓는 것으로 시작해볼 수 있겠습니다.
다른 웜홀은 먼 우주로 튕겨버릴 수도 있고요.
몇 광년에 걸쳐 흩어진 다행성 인류 문명이 웜홀 하나로 통할 수 있도록 지구를 웜홀 터미널로 만들 수도 있습니다.
그러나, 웜홀에는 어두운 면도 있습니다.
단 하나의 웜홀을 열더라도 우주를 근본적으로 망가뜨릴 수 있으며, 잠재적으로 타임 패러독스를 일으키거나
우주의 인과 관계를 뒤섞어놓을 수 있습니다.
많은 과학자들은 이 때문에 웜홀을 만들기는커녕 존재할 수조차도 없다고 믿습니다.
그렇기 때문에, 지금 당장은 웜홀이 우리의 가슴 속에, 또 논문 위에 방정식의 형태로만 존재한다고 알고 있습니다.
기사
.
번역자: Kurzgesagt – In a Nutshell
영상: Kurzgesagt – In a Nutshell
출처: https://www.youtube.com/watch?v=9P6rdqiybaw
평가하기
쿠키를 지원하지 않는 브라우저이거나 브라우저 설정에서 쿠키를 사용하지 않음으로 설정되어 있는 경우 사이트의 일부 기능(로그인 등)을 이용할 수 없으니 유의해 주시기 바랍니다.