영화 속의 과학-스타트랙

"빛보다 빠른 우주비행선" '스타트랙'이나 최근 개봉된 SF영화 '이벤트 호라이즌'에는 빛보다 빨리 비행하는 우주선이 등장한다. 인간의 상상력을 자극하기에 충분한 초광속 우주비행선은 과연 가능할까. 만약 가능하다면우리는 먼 우주를 여행할 수 있고 시간여행도 할 수 있게 될 것이다.

초광속 우주비행은 어떠한 물체도 빛보다 빠른 속도로 움직일 수 없다는 아인슈타인의 특수상대성이론을 위배하는 것처럼 보인다. 그러나 만약 우주 시공간이 휘어져 있다면 상황은 달라진다.아인슈타인이 1915년에 발표한 일반상대성 이론은 시공간의 휘어진 정도, 즉 시공간의 곡률은그 안에 포함되어 있는 물질과 에너지의 분포로부터 결정된다 는 사실을 전제로 하고 있다.만약 공간이 휘어져 있다면, 직선 경로를 거치지 않고도 먼거리에 도달할 수 있다. 2차원 공간만을 인식할 수 있는 생명체가 편평한 종이를 가로질러 가고자 한다고 가정해 보면 이 생명체에게종이 양끝 사이의 최단거리는 두 점을 잇는 직선일 것이다. 그러나 종이를 마음대로 구부릴 수있다면, 종이의 양끝을 포개 버림으로써 순식간에 종이의 반대편으로 이동할 수 있다. 초광속 우주비행의 원리도 이와 같다. 4차원 우주 시공간을 구부려서 먼거리에 있는 우주로 단숨에 이동하는 것이다.

그러나 아무리 종이를 포개버린다고 해도, 생명체는 짧은 순간이나마 자신이 지금까지 몸담았던차원만으로는 상상조차 할 수 없는 새로운 차원을 경험하게 된다. 이것이 바로 웜홀(Worm Hall)이다. 초광속 비행을 위해서는 반드시 웜홀을 통과해야 한다. 영화에서처럼, 엄청난 크기의 중력장을 만들어 공간을 휘게 한 다음 바늘같은 뾰족한 연장으로 웜홀을 뚫는다면, 초광속 우주비행은 이론적으로 가능할 것이다.

그러나 여기에는 많은 문제점이 따른다. 우선 초광속 비행을 위해 시공간을 구부리려면 엄청난양의 물질과 에너지가 필요하다. 태양을 예로 들어보자. 태양의 질량은 지구의 1백만배나 된다.이런 태양의 중력장은 빛의 궤적을 1천분의 1도 정도로 구부러뜨릴 수 있다.

만약 아주 먼 거리를 여행하기 위해 거대한 우주 공간을 90도 이상 휘어야 한다면, 엄청난 크기의 중력장이 필요할 것이다.

또, 일반상대성이론에 따르면 수학적으로 모순이 없는 웜홀은 일시적으로 생겼다가 사라진다. 웜홀은 블랙홀이나 화이트홀과 같은 공간의 두 특이점이 서로 상대방을 찾아내어 순간적으로 결합할 때 만들어졌다가 순식간에 사라진다. 웜홀을 통해 다른 우주나 먼 거리의 우주로 여행을 했다가는 여행자가 여행을 마치기도 전에 웜홀은 사라져 버리고, 여행자는 하나의 특이점에 부딪혀산산조각 나고 말 것이다. 초광속 우주비행은 영화에서처럼 그렇게 쉬운 일이 아니다.정재승(한국과학기술원 물리학과 박사과정)