시간여행(Time travle)

시간여행은 과거나 미래로 이동하는 행위를 말합니다.  현재까지 사람이 느낄 수 있는 차원은 1,2,3,4차원 시공간이다. 인간의 과학 기술로 3차원인 공간 이동까지는 가능하지만 4차원이라고 하는 시간을 이동하는 것은 아직 불가능하다. 그래서 사람들은 대리 만족을 위하여 일반적으로 소설, 영화, 드라마, 만화, 애니메이션, 게임 등 다양한 작품에서 다루어지고, 이는 미래로의 시간여행이나 과거로의 시간여행 등 다양한 형태로 구성된다. 지금부터 시간여행에 관하여 알아보자.

작품 속의 시간여행

허버트 조지 웰즈가 1895년 소설 타임머신을 쓴 이래로 백 수십 년이 흐르는 동안 수많은 시간여행 작품들이 시간여행을 다루어 왔다. 시간여행은 타임 패러독스(Time paradox)라는 심각한 모순점을 가지고 있음에도 불구하고 재미있기 때문에 많은 작가들이 관심을 가지게 되는 흐름이 존재한다. 즉 하나의 장르가 됐다. 시간 여행은 주인공의 의지와 특별한 과학 기술에 의해 이루어지고 시간을 넘나들면서 흥미진진한 이야기로 전개되는 것이 보통이다. 소설 속의 시간 여행은 인간의 상상력을 무한대로 넓히고 상상하는 즐거움을 갖게 해주는 유력한 도구이다. 

작품 속의 시간여행의 유형

작품에서의 시간여행은 다양한 유형으로 나타날 수 있다. 시간여행은 소설, 영화, 드라마, 만화, 애니메이션, 게임 등 다양한 작품에서 다양한 방식으로 구성되는데 시간여행을 하는 방법에는 여러 가지가 있다. 타임머신이라는 장치를 이용하여 원하는 시간대로 이동하는 방법, 그리고 영혼이나 정신만 과거나 미래로 이동하는 방법, 과학적 또는 신비한 힘을 지닌 물건을 이용하여 시간여행을 하는 방법, 마법이나 과학적으로 설명 안 되는 힘으로 시간여행을 하는 방법, 우주에 존재하는 초자연적인 관문을 통하는 방법 등이 있다.

일반적으로 작품에서의 시간여행 유형은 다음과 같이 분류할 수 있다.

과거로의 시간여행 - 주인공이 현재 시점에서 과거로 이동하여 과거의 사건에 개입하거나 과거를 변경하는 경우를 말한다. 이는 주로 역사적인 사건을 수정하거나 과거의 실수를 바로잡는 등의 목적으로 사용될 수 있다.
미래로의 시간여행 - 주인공이 현재 시점에서 미래로 이동하여 미래의 사건을 경험하거나 미래의 상황을 변경하려는 경우를 말한다. 이는 종말을 막는다거나 미래의 위기를 극복하는 등의 목적으로 사용될 수 있다.
시간 여행자의 상호작용 - 주인공이 다른 시간 여행자와 상호작용하거나 과거/미래의 자신과 만나는 경우를 말한다. 이러한 상호작용은 시간 역설이나 다른 이야기적인 장치로 활용될 수 있다.
시간루프 - 주인공이 같은 시간 구간을 반복하며 시간의 순환을 경험하는 경우를 말한다. 이는 주인공이 동일한 사건에 반복해서 처한 후에야 결말을 찾거나 시간의 순환 속에서의 운명적인 상황을 다루는 데 사용될 수 있다.
복잡한 시간 구조 - 작품 내에서 여러 개의 시간선이 혼재하거나 시간의 순서가 혼동되는 경우를 말한다. 이는 다중 시간선, 시간의 강아지효과, 평행 우주 등의 개념을 활용하여 작품의 흥미와 복잡성을 증대시키는 데 사용될 수 있다.

시간여행 소재를 다루는 작품들은 이러한 유형들을 창조적으로 활용하여 흥미로운 이야기를 구성한다. 작품마다 시간여행의 유형과 방식은 다양하며, 이는 작품의 장르, 설정, 스토리 등에 따라 다를 수 있다.

영화 "타임머신"

물리학적인 개념으로서의 시간여행

물리학적으로는 미래로의 시간여행이 이론적으로 가능할 수 있다. 일부 학자들은 과거로의 시간여행에 대한 가능성도 제기하지만, 아직 현재 물리학에서 입증되지 않은 조건들을 필요로 하기 때문에 그 가능성을 단정짓기는 어렵다.
 시간여행에 대한 이야기는 상대성 이론과도 관련이 있는데 빠른 속도로 이동하는 경우에는 시간이 상대적으로 느려지는 현상인 시간 경과의 상대성을 경험할 수 있다. 이러한 물리적인 요소들이 시간여행의 가능성과 관련된 이론적인 배경을 형성한다.
 하지만 현재까지는 실질적으로 시간여행을 가능케 하는 기술은 개발되지 않았다. 시간여행은 주로 상상력과 예술적인 창작의 영역에서 다루어지며, 과학적인 증명이나 기술적인 실현 가능성은 아직은 미지수로 남아 있다.

미래로의 시간여행

미래로 가는 것은 물리적으로 가능하다. 두 가지 방법이 있는데 첫 번째는 자신이 직접 빛의 속도에 가깝게 여행해서 상대성 이론에 따른 시간 지연을 일으키는 것이다. 두 번째는 블랙홀이나 중성자별 같은 강한 중력을 가진 천체 주변에서 일어나는 시공간 왜곡을 이용하는 방법이다. 인터스텔라를 떠올리면 이해하기 쉬운데, 강한 중력장 내에서 시간이 느리게 흐르는 것을 이용하여 블랙홀 주변에 있다가 다시 밖으로 빠져나왔을 때 자신의 시점에서는 몇 분 정도밖에 지나지 않았는데 이미 자신을 제외한 세계는 몇십 년이 지나가 있는 식이다.

구체적인 예를 들면 우주인 A가 탄 로켓이 빛의 속도에 가까우면 가까울수록 로켓 내에서의 시간은 느리게 간다. 하지만 로켓을 관찰하는 정지한 관찰자 B에게는 시간 지연 현상이 일어나지 않고 원래대로 시간이 흐른다. 만약 시간 지연에 따라 시간이 2배 만큼 느리게 흐른다는 것은 A의 시간이 1초 흘렀다고 가정했을 때 B의 시간은 2초 흐른 것이다. 즉 A는 1초 후의 미래로 이동한다.

중력이 강하면 주위의 시공간이 왜곡되고 시간이 느려지므로 누주선을 타고 블랙홀의 사건의 지평선 가까이에 갔다가 돌아오면 미래로 갈 수 있게 된다. 지구와 태양의 중력을 받고 있는 우리는 이미 그 영향을 받아 미래로의 시간 여행을 하고 있는 셈이지만 측정조차 불가능할 정도로 정말 짧은 시간이라 무의미할 뿐이다.

시공간 왜곡

웜홀을 통한 시간여행

시간여행이 가능한 가상의 시간성폐곡선 구조로 가장 흔하게 언급되어 온 것은 웜홀이다. 그러나 웜홀을 통한 시간여행에 대해서는 회의적인 의견도 만만치 않다. 웜홀 자체가 존재하지 않거나 설령 만들어진다고 해도 극히 짧은 시간 동안만 존재할 수 있다는 의견, 혹은 설령 일정시간 유지될 수 있다고 해도 미세한 중력의 변화에 의해서도 붕괴될 수 있기 때문에 물질이나 에너지가 웜홀을 통과할 수는 없을 것이라는 의견도 있다. 하지만 호주의 퀸즈랜드 대학 연구팀은 2014년 6월 20일 네이처지를 통해 웜홀의 존재를 가정한 시뮬레이션 실험에서 만일 비교적 안정된 상태를 유지할 수 있는 웜홀이 존재한다면 적어도 '광양자'는 웜홀을 무사히 통과할 수 있다는 결과를 얻었다고 발표했다.

과거로 돌아가는 시간 여행은 아직 불가능하지만 국지적인 시간 역행까지는 실험적으로 구현을 시도 중이다. 2019년 러시아의 모스크바 물리 기술 연구소(MIPT)에서는 IBM의 양자 컴퓨터를 사용해 양자 단위에서 시간역행을 재현하고 해당 내용을 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트에 개제했다. 또 미치오 카쿠에 따르면, 웜홀을 만들 수 있으면 과거로 가는 시간여행이 가능하다. 웜홀의 출구의 시간을 느리게 가게 하여 입구로 들어가면 과거로 갈 수 있다. 그런데 웜홀을 처음 만든 시점보다 더 과거로 갈 수는 없다.

과거로의 시간여행은 미래로의 여행에 비해 아직까지는 이론적으로조차 가능성이 확실히 인정받고 있는 상황이 아니다. 위에서 언급된 여러 이론들도 아직 더 검증되어야할 많은 가설과 가정들 위에 세워진 것들이다. 물론 학자 개개인들은 인정하는 사람들도 있지만, 아직 학계에서 널리 받아들여진 상황은 아니라는 것이다. 그저 아직까진 이론적으로나마 이것저것 가능성을 타진해 보는 정도의 상황이다.

수백 년 또는 수천 년 후에라도 과거로 시간여행이 가능해진다면, 반드시 20세기 혹은 21세기로 시간여행을 오는 사람이 있을 것인데 아직까지는 그런 사례는 알려지지 않았다. 왜 6.25 전쟁이나 9.11 테러, 제1차 세계 대전, 제2차 세계 대전, 코로나 19 같은 중대한 위기를 막으러 오지 않을까? 하지만 정체를 숨기고 있거나, 시간은 역행했지만 공간을 제대로 특정하지 못해 지구에 도착하지 못했거나, 시간은 역행했지만 다른 평행우주로 가버렸을 가능성이 있기 때문에 함부로 결정지을 수가 없다. 이미 과거가 바뀌어서 우리가 인지하고 있지 못할 뿐, 미래의 누군가가 시간여행을 통해 다른 중대한 재해들을 일어나지 않게 했을 수도 있다. 이를테면 제3차 세계 대전이 일어났었는데, 미래에서 온 시간여행자가 과거를 바꾸어서 지금의 우리는 '제3차 세계 대전은 일어난 적 없다'라고 알고 있을 수 있다.

웜홀의 기하학적 표현

타임 파라독스(Time Paradox)

타임 파라독스(Time Paradox)는 시간 여행의 개념과 관련하여 발생하는 논리적 모순을 의미한다. 시간 여행이 미래로의 이동에 대한 물리학적 이해에 부합한다면, 시간 여행에 따른 모순은 과거로의 가상적인 시간 여행과 관련하여 발생하며, 이는 그 불가능성을 보여주기 위해 종종 사용됩니다. 물리학적으로 시간 여행과 관련된 모순은 크게 일관성 모순과 인과적 순환(loop)으로 나뉜다.

일관성 모순(Consistency Paradox)
일관성 모순 또는 할아버지 모순은 과거가 어떤 방식으로든 변경될 경우 모순이 발생하는 경우이다. 일반적으로 예를 들면 과거로 이동하여 조상의 창조를 간섭하는 것(예: 부모의 사망을 일으켜 자신의 창조에 영향을 주는 것)이 해당한다. 시간 여행자가 태어나지 않는다면 처음부터 이러한 행위를 할 수 없다. 따라서 선조는 시간 여행자의 다음 세대 조상이 되며, 결국 시간 여행자 자신을 만들어낸다. 이로 인해 예측 가능한 결과가 없다. 일관성 모순은 과거를 변경할 수 있는 경우에 항상 발생합니다.

인과적 순환(Causal Loop)
인과적 순환은 미래의 사건이 과거 사건의 원인이 되고, 그 반대로 과거 사건이 미래 사건의 원인이 되는 경우에 발생하는 시간 여행의 모순이다. 이러한 사건은 시간과 공간에 존재하지만 그 원인을 결정할 수 없다. 예를 들면 특정한 물건이나 정보가 미래에서 과거로 전달되어, 과거에서는 그 물건이나 정보가 미래의 원천이 되는 상황을 의미합니다. 이런 경우에는 원래의 원천이 어디서 왔는지 추적할 수 없으며, 미래의 원천이 없어지면 과거에도 해당 물건이나 정보가 존재하지 않을 수 있다. 터미네이터라는 영화에서 미래의 주인공이 과거의 어린 자신에게 정보를 알려주고 미래를 대비하도록 하는데, 과연 그 정보의 원인이 미래의 자신인지 과거의 자신인지 그 누구도 구별하지 못한다.

많은 사람들은 이러한 타임 패러독스 때문에 시간여행은 불가능하다고 주장하지만 그 어떤 결론도 지을 수 없다. 미래의 언젠가 누군가에 의해 시간여행이 가능해지면 밝혀지겠지만 그때까지는 상상 속에 맡겨야 할 것이다.