(1) 시간여행, 순간이동, 블랙홀에 대해 과학이 지금 설명할 수 있는 것
근대 과학은 시간여행과 텔레포테이션(순간이동)에 대해 어떻게 생각하고 있을까? 언젠가 실현될 가능성은 있는 것일까?
영국의 이론물리학자 짐 알 칼리리가 감수한 서적 "미래는 어떤 모습이 될 것인가(원제: What The Future Looks Like)"(영어판 2018년 출간)의 러시아어 번역판이 러시아 출판사 알리피나에서 2019년 11월 출간됐다.
이 책에서는 알 카릴리를 필두로 한 다수의 과학자들이 인류의 미래가 어떻게 되느냐는 물음에 도전하고 있다. 기후변화는 어떻게 될지. 교통수단은 어떻게 될지.인공지능(AI)이 보급되면 어떻게 될지. 유전자를 이용한 치료제로 우울증을 줄이거나 건강을 회복할 것인지. 어떤 눈부신 기술발전이 앞으로 기다리고 있는지. 일상생활에는 어떤 혁신이 있을지.
그리고 마지막에는 먼 미래를 내다보며 시간여행이나 텔레포테이션(순간이동)의 실현성에 대해 답을 내놓으려고 시도하고 있다.
다음은 그 내용을 발췌하여 간단히 소개한다.
◆ 순간이동의 개념은 어디서 왔는가?
텔레포테이션(순간이동)의 기본적 발상은 무엇인가를 어느 장소에서 다른 장소로, 그 두점 사이에 물리적으로 존재하는 공간을 가로지르는 일 없이 이동시키는 것이다. SF소설, 영화, 비디오게임으로 자주 그려지지만 사실 일반적으로 생각하는 것보다 일찍부터 가능하긴 하다.
텔레포테이션 장치에 처음 언급한 것은 알려진 바로는 미국의 단편작가 에드워드 페이지 미첼이 1877년 발표한 소설 '몸 없는 남자(Man Without a Body)'다.
이 작품에서는 과학자들이 인간의 신체를 산 채로 원자로 분해하는 기계를 발명한다. 그 원자를 전류를 흐르듯 전선을 통해 보내고 수신한 기계가 인간으로 재결합한다. 무엇보다 흥미로운 것은 이 작품이 전자의 발견(1897년)보다 앞에 적혀 있었다는 점이다. 원자의 성질에 대해서도 아직 논리정연한 설명이 뒤따르지 않은 시대였던 것이다.
그로부터 반세기 정도 시간이 흘러 1929년이 되면 영국의 추리소설가 아서 코난 도일이 분해기라는 단편을 발표한다. 물건을 작은 조각으로 분해해 다시 원래 모양으로 형성할 수 있는 기계 얘기다. 등장인물 중 한 명은 유기물인 인간이 (중략) 서서히 사라지고, 그리고 거꾸로 돌아가면서 또 한 번 모습이 나타나는 그런 과정을 상상할 수 있는가?라고 묻고 있다.
이 작품 2년 뒤에는 미국 작가 찰스 포트가 인간이나 사물이 자취를 감추고 다른 장소에서 나타나는 불가사의한 현상을 설명하는 용어로 텔레포테이션이라는 조어를 만들어 냈다. 포토의 정의에 따르면, 텔레포테이션은 신비 현상이나 초자연현상과 같이, 과학적인 세계관에서 받아들여지고 있는 틀로는 설명이 되지 않는 예외적인 현상이다. 포트들이 초자연적 현상을 열심히 살피다 보니 이치에 맞지 않는 이상한 일을 포트현상으로도 불렸다.
현재와 같은 텔레포테이션 장치의 이미지가 확산된 것은 1958년 개봉한 공포영화 파리 남자의 공포가 계기였다. 과학자들이 스스로 장치에 들어갔을 때 그 안으로 파고든 파리 유전자와 자신의 유전자가 섞여 버린다는 스토리였다.
그러나 텔레포테이션이라는 발상을 전 세계인에게 가장 침투시키고 가장 오래 작품으로 표현해 온 것은 SF시리즈 스타트렉이며 우주선 엔터프라이즈호에 탑재됐던 전송장치일 것이다. 등장인물이 텔레포테이션 전에 하는 대사 '찰리, 전송을 부탁해'하는 대부분 아는 문구가 됐다.
스타트렉 시리즈의 친부모 진 로덴베리가 1960년대 중반 이런 장치를 떠올린 배경에는 영상의 특수효과를 최대한 줄이겠다는 의도였다. 등장인물이 특수한 장치에 들어가 다음 순간에는 행성에 있다는 식으로 표현하면 엔터프라이즈호에서 셔틀을 타고 행성으로 내려간다는 묘사보다 훨씬 저렴하고 쉽게 찍을 수 있기 때문이다.
이것들은 물론 전부 공상 이야기다. 그러나, 실제로 과학은, 텔레포테이션에 대해 어떻게 생각하고 있을까? 물건을 어느 장소에서 다른 장소로, 그 두 점 사이의 거리를 이동시키지 않고 옮긴다고 하면, 엉뚱하게 느낄지도 모르지만, 실제로, 결코 이상한 이야기는 아니다--물론, 양자 전송이라고 하는 수준까지 이야기를 파고들면, 이라는 조건이지만.
양자역학에서 「터널 효과」라고 하는 프로세스에서는, 전자등의 아원자 입자가, --지점에서 다른 지점으로 이동하는 충분한 에너지를 가지지 않음에도 불구하고, 그 구간을 「점프」한다.
공을 벽을 향해 던지는 예로 생각해 보면 된다. 공이 벽 앞에서 사라져 벽에 아무런 영향을 주지 않고 벽 건너편에서 출현한다. 이는 정상적인 현상이 아니다. 그러기는커녕, 태양의 빛이 닿고, 그러므로 지구상의 생명이 유지되고 있는 것도, 수소원자가 터널 효과로 결합되어 있다--넘지 못할 것으로 보이는 벽이 있음에도--때문이다.
그러나 양자역학에는, 더욱 이상하고 기이한 개념으로서 지금까지 반복실험으로 확인되고 있는 「엉킴」이라고 하는 것이 있다. 다른 곳에 있는 둘 이상의 입자가 결합돼 있어 한쪽에 대해 관측이나 조작을 하면 떨어진 다른 한 쪽에도 같은 효과가 동시에 생기는 상황이다. 광속도가 불변하다는 아인슈타인의 상대성이론과는 모순되는 것처럼 보인다.
이는 양자역학에서 뒤엉킨 입자는 단일 시스템의 일부라는 사실로 설명되고 있다. 개별적으로는 움직이지 않는다는 뜻이다.
이런 예로 생각해 보자. 한 쌍의 장갑이 있으며 한쪽씩 전용 상자에 들어 있다. 한쪽 상자를 떨어진 장소로 움직이고 다른 한쪽 상자는 움직이지 않는다. 움직이지 않은 상자를 열면 왼손 장갑이 들어 있다. 그렇다면 움직이는 쪽 상자에는 오른손 장갑이 들어 있구나, 라고 바로 알 수 있다.
물론 이 경우는 아무 이상할 것도 없다. 당신은 저쪽 상자에는 절대로 오른손 장갑이 들어 있다는 것을 알고 그냥 말하고 있을 뿐이다. 양자 세계에서 다루는 것은 장갑이 아니라 엉킨 입자다. 입자가 시계 방향으로 돌아가면서 시계 반대 방향을 잡는 다른 회전을 한꺼번에 하는 것을 양자적 중첩이라고 한다. 두 입자는 이 상태에 있다.
수중에 남긴 상자를 여는 동작은, 「양자 측정」에 상당해, 입자가 어느 회전에 가해지는지를 「결정」한다. 동시에 다른 방향으로 회전하는 모습을 목격하지는 않는다. 본 적이 없는데 하고 있다니 거짓말이 틀림없을 것으로 보이지만 그렇지 않다. 양자역학에서는 양자적 중첩이 실제로 생기는 것에 대한 설명이 붙어 실험에서도 확인되고 있다.
장갑을 확인하기 위해 손 안의 상자를 열자마자 또 하나의 상자에 들어있는 장갑, 즉 입자는 첫 양자 상태와 쌍이 된다. 즉, 동시에 다른 방향으로 회전하던 "겹치기" 상태에서 최초 입자의 회전과 반대 회전을 하는 상태로 즉시 변화한다. 마치 첫 상자를 여는 순간 곧바로 다른 상자에 전자신호가 전달돼 다른 입자에게 이렇게 회전하라고 가르치는 것 같다.
(뒤편에 계속)
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