이번 시간에는 웜홀에 대해 알아보겠다.
지난번 블랙홀에 대한 세부과정이라고 보면 되겟다.
누구나 시공간 초월을 상상해 본 적 있을 것이다. 현실에서도 과연 가능한 것인가?
웜홀은 빛까지도 빨아들이는 블랙홀과 그것을 뱉어내는 화이트홀의 연결 통로로 여겨졌지만, 화이트홀의 존재 여부가 불투명해지면서 블랙홀끼리 연결되는 순간이동 통로일 것이라는 설이 우세하다.
사과 표면에 있는 벌레가 사과의 정반대편으로 가기 위해서는 표면을 따라가는 것보다는 사과를 파서 사과의 중심을 지나가는 쪽이 빠르다. 이 때, 사과에는 중심을 관통하는 웜홀이 생기게 되는데, 이 웜홀은 사과의 표면보다 고차원적이면서 서로 다른 사과의 표면을 잇는 최단경로가 된다. 이와 유사하게, 시공간의 다른 지점을 연결하는 고차원 구멍이라는 의미에서 웜홀이라는 이름이 붙었다.
블랙홀이 회전하면 그 속도로 인해 회오리가 생기는데, 이것이 웜홀으로 변형된다. 시공간을 잇는다해서 ‘시공간 통로’라고도 불린다. 지나가는 속도는 광속보다도 더 빠르고, 블랙홀로 빨려들어가면 이 통로를 지나 화이트홀로 나온다고 알려졌다.
1907년 아인슈타인은 “관성력은 중력과 같다” 라는 것에 착안하여, 등가 원리라는 개념을 정립했다. 등가란 중력과 관성력이 “등가” 같은 가치라는 것이다. 이것을 확장시켜 아인슈타인은 1915년 일반상대성이론을 완성하였다. 이 이론은 질량과 관계된 중력에 의해 시공간의 휘어진다는 것을 설명하고 있다. 이 굽어진 공간에 대한 수학적인 이론으로 리만 기하학을 이용했다. 이 사실은 빛의 휘어짐이 그 증거가 될 수 있는데, 1919년 영국의 물리학자인 아서 에딩턴이 태양 주위의 공간이 굽어져 별빛의 휘어지는 현상을 관측을 통해 증명하였다. 일반 상대성이론의 가장 주목할 만한 점은 블랙홀을 이론적으로 예언하고 있다는 것이다. 블랙홀이란 강한 중력이 작용하고 있는 좁은 공간이 심하게 구부러져 빛이 다시 빠져나오지 못하는 지점을 뜻한다.
웜홀이란 아인슈타인 이론을 풀어서 블랙홀에 대한 해를 구할 때 자연스럽게 유도된다. 이것은 “아인슈타인-로젠의 다리”라고도 불린다. 처음에는 블랙홀과 화이트홀을 연결하고 있는 것이 웜홀이라고 추측되었으나, 화이트홀의 존재가 부정됨으로 인해 이제 그러한 의미로 쓰이진 않는다. 화이트홀이 부정되었다고 웜홀의 존재가 부정되는 것은 아니지만 이론에서 유도되는 웜홀의 해가 아주 순간적인 부분에서만 존재하므로 불안정하다는 해석이 지배적이었다. 허나 킵 손 박사는 보통과는 다른 특정한 조건이 있다면, 웜홀을 안정적으로 유지할 수 있고, 이것을 통해 우주여행을 할 수 있음을 밝혀내게 된다. 이후 이 이론은 더욱 발전하여, 웜홀의 한쪽 입구를 아주 빠르게 이동시켰다가, 다시 돌아오게 하면 “시간지연현상”이 발생하게 되어 웜홀을 통해 시간여행의 가능성까지 성립되게 되었다. 그러나 현재 이론적으로 웜홀은 10-33cm정도의 크기에서 존재하는 양자 웜홀로 밖에 존재할 수 없으며 그것을 시간여행이 가능할 정도로 확대시키는 것에는 부정적이다.
최근 웜홀을 양자 얽힘 현상으로 설명하려는 시도가 있다. 줄리언 소너 박사는 끈이론의 맥락에서 쿼크 반쿼크 쌍이 생성될 때 이와 동시에 소립자 쌍을 연결하는 웜홀이 생긴다는 사실을 밝혀냈다. 이 결과는 중력이 양자 얽힘으로 나올지도 모른다는 내용을 내포하고 있으며, 우주의 기하라는 휘어짐은 곧 중력으로 기술되는 것과 마찬가지로, 웜홀에 의해 연결된 입자 쌍 사이의 얽힘과 같은 양자 얽힘의 결과일 수도 있다고 가정할 수 있다.
