보통의 사람들은 물론 과학자들 조차도 특수 상대론이 나오기 전에는 인류가 별들을 탐험하는 것이 불가능하다고 믿고 있었습니다. 왜냐하면 특수상대성 이론 이전에는 시간을 절대적이라고 생각하였고, 따라서 우리의 인생은 공간적으로 멀리 떨어진 별까지 가기에는 너무 짧기 때문입니다.
예를들면, 지구로부터 약 4 광년 정도의 거리에 있는 알파센타우리라는 별은 태양을 제외하고는 지구에서 가장 가까운 별입니다. 그래서 빛의 속력으로 그 별에 다녀온다면 대략 8년 정도 걸릴 거라고 예상할 수 있습니다.
한편 우리 은하의 중심은 지구에서 대략 3만 광년 떨어져 있습니다. 그래서 빛의 속력으로 날아가는 사람이 우리 은하의 중심까지 다녀오려면 약 6만 년을 죽지 않고 살아남아야 한다고 생각할 수 있습니다.
하지만 위의 예시들은 시간 지연을 고려하지 않은 상태에서의 이야기입니다. 왜냐하면 앞서 살펴본 것처럼 지구에 있는 사람의 시간과 고속으로 날아가는 우주선에 탄 사람의 시간은 다르기 때문입니다.물론 우리가 동일한 기준틀에서 본다면 시간의 진행 비율이 시간에 상관없이 일정할 것입니다. 그러나 만약 기준틀이 달라진다면 시간의 진행도 달라지게 되는 것입니다.
예를 들어 광속의 99%로 여행할 수 있는 우주인은 11.4 광년 떨어진 프록시온 별에 갔다 오는 데 지구 시 간으로 23년 걸립니다. 이 때 지구의 시간으로 빛이 동일한 별을 갔다가 돌아오는데는 22.8년이 걸리게 됩니다.
그러나 위에서 말씀드린 시간 지연을 고려하면 동일한 시간이 우주인에게 있어서는 단지 3년의 시간이 흐른 것처럼 보일 뿐입니다. 우주선 내의 모든 시계들은 3년이 지났을 것이며 우주비행사 또한 생물학적으로도 단지 세 살 더 나이가 들었을 뿐입니다. 그렇다면 지구 관제소 직원은 자신이 23살 더 나이를 먹게 될 때 3살 밖에 더 먹지 않은 우주비행사의 귀환을 축하하게 됩니다.
만약 위의 예시보다 더 빠른 속력으로 여행할 때는 그 결과가 훨씬 더 인상적입니다. 광속의 99.99%로 여행하는 사람은 우주선 내의 시간으로 1년에 지구시간으로 70 광년 정도를 여행할 수 있습니다.
동일한 원리로 광속의 99.999%로 여행하는 사람은 200광년 이상을 여행하게 될 것입니다. 그들이 5년 간 여행을 하면 지구 시간으로 1000 광년 여행한 거리가 되는 것입니다.
타임머신 시간여행 가능한가
그러한 여행이 오늘날 우리에겐 불가능한 것처럼 보입니다. 상대론적인 속력에 도달할 수 있도록 우주선을 추진시키는 데 필요한 에너지의 양은 인공 위성을 궤도에 올리는 데 소요되는 양의 수십 억 배에 달하기 때문입니다. 속력만 내는 것이 문제가 아니라 이러한 고속 항진에 의하여 발생하는 전자기파를 차단하는 것도 만만치 않은 과제입니다. 따라서 이러한 우주 여행의 실현은 아직까지는 요원한 일이 맞습니다.
만약 이러한 현실적인 문제가 극복되어 우주 여행이 일상적인 일이 되는 때가 오면, 사람 들은 여행을 하다가 돌아올 미래의 시점을 선택할 수 있을 것입니다. 예를 들면 사람들이 2150년에 지구에서 고속의 우주선으로 출발하여 5년 정도 여행하다가 2500년에 돌아올 수 있다 그 사람들은 잠시 동안 지구인들과 섞여 살다가 다시 3000년으로 출발하는 일이 가능합니다.
단, 이러한 여행을 통해 사람들은 미래로 건너뛸 수 있지만 결코 과거로는 여행할 수 없습니다. 다시 말해 여행을 시작한 순간 떠나온 그 시대의 지구로는 돌아올 수 없다는 것입니다.
빛의 속력은 같고 시간도 상대적으로 흐를 수 있겠지만, 중요한 사실은 시간은 오직 미래를 향해 한쪽 방향으로만 흐른다는 점입니다. 우리 일상에서는 지구상에서 하루를 24시간으로 하여 일정하게 미래로 나아가고 있습니다. 반면 심연 의 우주 공간으로 떠난 우주 비행사는 귀환할 시에 우주 여행에서 경험한 시간보다 훨씬 더 긴 시간이 지구에서 경과 되었을 것이라는 사실 을 염두에 두어야 합니다.
따라서 별로 여행하는 사람들은 그들 뒤에 남겨진 사람에 게 ‘조금 있다가 보자’ 혹은 ‘다시 보자’라고 하기보다는 ‘영원히 안녕’이 라고해야 합니다.
우리는 과거를 볼 수는 있지만 과거로 갈 수는 없다는 것입니다. 우리가 밤하늘에 빛나는 별빛을 볼 때 우리가 보는 빛은 수십, 수백 만년 전에 그 별을 떠난 빛을 보는 것입니다. 즉, 우리가 보는 것은 오래 전의 별이고 그래서 우리는 그 별의 고대사를 본 목격자가 될 수 있습니다. 우리는 그때 이래로 그 별에서 일어났을 수도 있는 것들에 대해서는 단지 생각만 할 수 있을 뿐입니다.
시공간은 우주 안에서만 존재한다
우리는 시간과 우주에 대하여 생각할 때 우주가 시작되기 전에 무엇이 있었는지 또는 우주가 사라졌을 때는 어떤 일이 일어날지 궁금증을 가지고 있습니다. 하지만 시간의 개념은 우주 내에 존재하는 사건들에만 적용됩니다. 시간이 우주 ‘안에’ 있는 것이지 우주가 시간 ‘안에’ 있는 것이 아니라는 말입니다. 우주라는 개념이 없이는 시간도 무의미하고 전도, 후도 없다. 마찬가지로 공간 이 우주 ‘안에’ 있는 것이지 우주가 공간 ‘안에’ 있는 것은 아닙니다. 우주의 밖에는 공간또한 존재하지 않습니다. 이로써 우리는 시공간이 우주 ‘안에’ 존재함을 알게되었습니다. 과학적 접근으로 시작했으나 사실 철학적인 고찰이 필요한 부분입니다.