웜홀은 사실 존재하지 않을 수도 있으며, 대신 시간이 두 방향으로 동시에 흐르는 숨겨진 구조를 보여주는 단서일 수 있다는 새로운 연구가 나왔다. 연구진은 아인슈타인이 제안했던 이른바 ‘웜홀’이 공간을 잇는 통로가 아니라, 서로 반대 방향으로 흐르는 시간의 거울 구조일 가능성을 제시했다.
‘웜홀’은 사실 우주 터널이 아니었을 수도 있다
웜홀은 흔히 먼 우주를 연결하는 지름길이나 시간 여행 통로로 묘사된다. 하지만 연구진은 이런 개념 자체가 물리학자 알베르트 아인슈타인과 네이선 로즌의 원래 연구를 오해한 데서 시작됐다고 주장한다.
1935년 아인슈타인과 로즌은 극단적인 중력 환경에서 입자가 어떻게 행동하는지를 연구하던 중, 두 개의 대칭적인 시공간을 연결하는 수학적 구조를 제안했다. 이것이 오늘날 ‘아인슈타인–로즌 다리(Einstein–Rosen bridge)’라고 불리는 개념이다.
하지만 당시 목적은 우주 여행 통로를 만들려는 게 아니었다. 중력과 양자물리학 사이의 수학적 모순을 줄이기 위한 이론적 장치에 가까웠다. 이후 수십 년이 지나면서 과학자들과 대중문화가 이를 ‘웜홀’과 연결 지으며 지금의 이미지가 굳어졌다는 설명이다.
이번 연구에서 연구진은 아인슈타인–로즌 다리를 완전히 다르게 해석했다. 공간을 관통하는 터널이 아니라, 서로 반대 방향으로 흐르는 두 개의 ‘시간 화살(time arrow)’을 연결하는 거울 구조라는 것이다.
쉽게 말하면 우리가 경험하는 시간은 앞으로 흐르지만, 양자 수준에서는 반대 방향으로 흐르는 또 다른 시간 흐름이 동시에 존재할 수 있다는 이야기다.
연구진은 대부분의 물리 법칙이 사실 과거와 미래를 구분하지 않는다는 점에 주목했다. 수학 방정식 속에서는 시간을 거꾸로 뒤집어도 물리 법칙 자체는 성립하는 경우가 많다. 이를 진지하게 받아들이면, 우주에는 한 방향의 시간만 있는 것이 아니라 서로 반대 방향의 시간 구조가 함께 존재할 가능성이 생긴다.
빅뱅 이전 우주와 블랙홀 비밀 풀 단서 될까
연구진은 이런 해석이 물리학의 오랜 난제인 ‘블랙홀 정보 역설’을 설명할 수도 있다고 주장했다.
1974년 물리학자 스티븐 호킹은 블랙홀이 열복사를 하며 결국 증발할 수 있다고 제안했다. 문제는 블랙홀 안으로 들어간 정보가 완전히 사라지는 것처럼 보인다는 점이다. 이는 양자물리학의 핵심 원칙인 ‘정보는 사라지지 않는다’는 개념과 충돌했다.
하지만 연구진은 시간이 양방향으로 존재한다고 보면 이 문제가 풀릴 수 있다고 본다. 정보가 완전히 사라지는 것이 아니라, 우리가 경험하는 시간 방향에서는 사라진 것처럼 보여도 반대 방향 시간 축에서 계속 존재한다는 것이다.
또 연구진은 이 개념이 우주의 시작 자체를 다시 해석하게 만들 수 있다고 주장했다. 우리가 ‘빅뱅’이라고 부르는 사건이 절대적인 시작점이 아니라, 이전 우주가 수축한 뒤 다시 팽창으로 전환된 ‘반동’ 과정일 수 있다는 설명이다.
이 경우 우리 우주는 다른 거대한 우주에서 형성된 블랙홀 내부일 가능성도 제기된다. 즉, 빅뱅 이전에도 어떤 형태의 우주가 존재했을 수 있다는 뜻이다.
다만 이번 연구는 아직 새로운 관측 증거로 입증된 정설이 아니다. 연구진이 제시한 해석은 기존 이론을 바탕으로 한 새로운 가설에 가깝다. 실제로 웜홀이나 시간의 거울 구조가 존재하는지는 앞으로 더 많은 관측과 검증이 필요하다.
그럼에도 이번 연구는 웜홀을 단순한 공상과학 개념이 아닌, 시간과 우주의 본질을 다시 생각하게 만드는 물리학적 단서로 재해석했다는 점에서 관심을 끌고 있다.
성치훈 기자/ hello@sciencewave.kr
출처: ScienceDaily, “Einstein’s ‘wormhole’ may actually reveal a hidden mirror of time”
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