시간이란 무엇인가?
시가을 거꾸로 거슬러 올라갈 수 있는가?시간의 방향은 있는가?
만약 빛의 속도보다 빠르게 이동할 수 있다면 시간여행을 할 수 있을까?시간여행이 가능하다면 과거를 바굴수 있을까?
뉴턴 시대의 시간은 절대적이며 불변의 양이다.
어누 누구도 감히 바꿀 수 없는 절대적인 것으로 신의 창조물이라고 본다.시간은 우주 어디에 있든 어떤 속도로 움직이든 누구에게나 그 흐름이 같다.
그러나 아인슈타인의 상대성 이론에서는 시간 개념이 달라진다.
시간은 공간과 한데 묶어여서 행동을 같이 한다.
그래서 여태까지 절대적으로 달랐던 시간과 공간을 따로 두지 않고
이들을 묶어서 4차원의 시공간으로 취급한다.즉 시간의 성질이공간과 별다를 것이 없다는 의미다.
시간과 공간의 구뵬이 사라지면서 시간마저도 공간첢 상대적이 된다.공간상의 거리가 관찰자의 위치나 상대에 따라 달라지듯 관찰자에 따라 시간도 변한다.이점이 바로 특수상대성이론의핵심이다.
아인슈타인의특수상대성이론에서 무대는 공간만이 아니라 시간가지도 함게 포함된 시공간이다.
한술 더 떠서 아인슈타인의 일반 상대성 이론으로 가면 시공간은 더욱 이상한 존재로 우리 앞에 다가 선다.
중력에 의해 주위의 시공이 뒤틀리고 휘어진다.
일반상대론 적인 관점에서 보면 시간은 무대가 아니라 배우처럼 역동적인 존재인 것이다.
하지만 시간과 공간은 크게 다른점이 있다.
공간에서는 앞뒤 상하 좌우 3방향 어디로가 갈 수 잇지만 시간은
한 방향으로만 이동한다.
시간축은 불완전한 축인 것이다.
따라서 이 불완전한 시간축을 포함하는 4차원 시공간 세계는
완전하지 못하다.

"시간을 거꾸로 거슬로 갈 수 있을까?불행히도 이에대한 답은
"아니오'다.이유는 시간은 한방향으로만 움직이기 때문이다."

그렇다면 시간은 어느 방향으로 이동하는 것일까.
물리학적으로 가장 중요하게 정의된 것을 열역학 적인 시간의 방향,우주론적인 시간의 방향,그리고 심리적인 시간의 방향이다.
영역학 적인 시간의 방향은 열역학 제 2법칙을 말한다.
열역학 제 2법칙은 총 엔트로피,무질서도
가 증가한다는 법칙이다.잉크방울이 물에서 퍼지는 현상이 대표적인 예이다.잉크방울이 퍼지면서 원래 위치가 점점 불확실해져 가는
것을 우리는 엔트로피가 증가한다고 말한다.
이 과정은 절대로 거꾸로 되돌릴 수가 없다.
따라서 엔트로피가 증가하는 방향을 시간의 방향으로 정의하고
있다.다른 정의는 우주의 진화 방향이다.
우리 우주의 생성과정 시나리오는 아인슈타인의 일반 상대성 이론
으로부터 유도되는 백뱅을 기준으로 하는 표준 모형이다.
시간이 만들어진 때 부터 우주는 팽창하고 있다는 것이다.이 우주의 진화 방향이 바로 시간의 방향으로 정의된다.
마지막으로는 심리학적인 시간의 방향이다.
우리가 나이를 먹고 늙어가는 방향이 바로 시간의 방향이라는 관점이다.우리가 경험하고 있는 인생은 절대로 돌이킬 수가 없다.
우리는 우주에 살고 있으며,우리 세포가 늙어가는 것도 모두 엔트로피가 증가하는 현상인 것이다.
이 세가지 시간의 방향은 모두 같다.
결국'시공간에서 시간적으로 거꾸로  갈 수 있을까?' 에 대한 답은 일단'라니다'라고 할 수 밖에 없다.
그렇다면 빛의 속도보다 빠르게 움직이면 시간여행을 할 수 잇을까?물리학자는 이 질문을 많이 받는다.사람들이 이렇게 묻는
이유는 이러면 시간여행이 가능할 거라고 생각하기 때문인 것 같다.빛보다 바른 물체를 '타키온' 이라고 한다.
아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면 실제로 존재하지 않지만 가상으로 생각할 수 잇는 물체다. 이 타키온이 존재한다면
시간여행이 가능해 질까?실망스럽게도 그 답은 '아니오'다.
물체의 속도만 광속보다 바르다고 해서 시간여행을 할 수 있다는 것은 잘못된 생각이다.
시간여행을 한다는 것은 시공간에서 출발한 곳으로 다시 돌아와야 한다는 의미다.그런데 빛보다 빠른 물체가 있다 하더라도 일반적인 시공간에 서는 출발한 곳으로 다시 돌아올 수 없다.
왜 그럴까?
4차원 시공간에서 공간의 두개 차원을 줄여 2차원(평면)의 시공간을평면에 그려보자.
이 때 가로축(x축)은 공간 세로축(y축)은 시간이라 하자.
이 2차원에서 빛은 45˚의 기울기를 갖는 사선의 궤적을 갖는다.
따라서 빛보다 느린 물체는 시간축과 빛의 사선의 안쪽 곡선을,
빛보다 빠른 물체는빛의 사선과 공간축사이에 곡선을 갖는다.
그렇다면 이평면 시공간의 어떤 지점에서 출발햇다고 할 때
다시 출발했던 그 지점으로 돌아오려면 어떻게 해야할까.
시간축의 아래방행으로 이동해야 한다.
빛보다 바르든 느리든 마찬가지다.
즉 시간적으로 거꾸로 가야 한다는 것이다.
그러나 시간은 좌우로 움직일 수 있는 공간과 달리 한방향으로
흘러간다.따라서 시간을 거슬러 올라가는 것은 불가능 한 것 같아 보인다.하지만 시간여행을 하는 방법이 전혀 없는 것은아니다.
그 방법은 시공간을 구부리는 것.
이는 중력이 시공간을 휘게 할 수 있다는 아인슈타인의 중력이론에 의해서 가는하다.
가장 쉬운 예를 들자.평평한 2차원시공간을 시간방할으로 둥글게 원기둥 모양으로 말아 보자.시간,공간 모두 1차원(선)씩인데,
원기둥을 감사는 방향이 시간축이다.
이 시공간에서 원통을 둘러사는 한 원을 그린다.
이 선을 따라가면 시간 방향으로 진행해 가면서 다시 원래 위치로 되돌아 온다.따라서 물체의 미래가 자신의 과서가 되며 과거로의 여행이 이뤄진다.이처럼 시간여행을 하기 위해서는 시간 적으로 원처럼 닫혀있는 구조기 필요하며 이를 위해서는 시공간이 굽어져야 한다.시공간을 구부리는 방법으로는 현재 일반상대론이 유일하다.
그동안 연구되어온 굽은 시공간으로는 웜홀,우주끈,괴델의 우주 모형등이 있다. 결국 시간여행의 조건은 빛보다 바른 물체가 아니다.
사실 빛보다 빠른 타임머신은 존재할 수 없다.
타임머신이 물체이기 때문이다.
오히려 시간여행이 가능하려면 빛보다 바른 물체가 아니라 굽은 시공간이라는 조건이 필요하다.

과거를 바꿀 수 있을까

이 문제가 해결됬다 치더라도 시간여행의 또다른 핵심적인 의문은 여전히 남아있다.'타임머신이 존재한다면 과거를 바꿀 수 있을까'
라는 것이다.시간여행과 고나련된 대부분의 SF 소설이나 영화의 흥미거리는 비로 이문제를 다루고 있다.
천신만고 끝에 그동안 설명한 온갖 방해거리들을 피하고 문재를 해결해서 타임머신을 겨우 만들었다해도 덜컥거리는 것이 바로 이 묹다.여기에는 '인과율'이라는 불문율이 과거를 바구는 문제를 철저하게 막고있다.예로 '할아버지 역설'이 있다.
내가 과거로 돌아하 할아버지가 아버지를 낳기 전에 할아버지를 살해하면 나 자신의 존재가 모순이 된다.
그러면 어기에서 시간여행을 포기할 것인가?
미 켈리포니아 공대 킵 소온 교수와 덴마크의 이론물리연구소 소장인 이고르 노비코프라는 러시아 물리학자는 이 문제를 해결적으로 다루려 했다.그들이 내린 결론은 2가지 였다.
하나는 모순이 되도록역사가 바뀌지 않을 것 이라는 점이다.
당신이 타임머신을 타고 과거로 가서 어린시절의 당신을 죽인다는 것이 과연 가능할까?이 일은 불가능하다.
물리학 법칙이 이 일이 일어나지 않도록 맏을 것이기 때문이다.
죽이려는 순간 무언가가 당신의 손을 방해할 것이다.
무엇이 당신의 손을 막는지 정확하게 게산한다는 것은 물리학자로서도 가능하지 않다.
이것은 스스로 하려는 마음과의지가 물리학의 법칙에 의핵 속박
받아야 함을 의미한다.내가 거구러 천장에 붙어 있으려 하는 것은 나의 의지이지만 중력의 법칙, 즉 물리학의 법칙이 그렇게 하지 못
하도록 막는 것 처럼 말이다.
둘재는 첫번째 경우보다 좀더 과학적이다.
과거의 자신과의 만남을 물리학적으로 분석하기쉬운 당구공 모형으로 바꿧다.
과거의 자신과의 만남은 당구공 두개의 충돌사건과 비슷하다.
소온과 노비코프는 미래의 당구공(시간여행을 한 미래의 사람)
이 과거의 당구공(과거의 자신)과 충돌하는 사건(만남)이 모순이 되는지 점검해 과학적으로 모순이 없는 경우가 있음을 발견해 냈다.아주 특별한 경우에 과거와 미래의 당구공이 서로 충돌한 후 움직이는 궤적이 마치 이들의 출돌이 일어나지 않는것과 같도록 할 수 있다는 것이다.그 결과 과거와 미래를 전체 역사로 보았을 때
이들의 만남이 없었던 것처럼 된다.
따라서 이들의 만남으로 생기는 상호 인간관게의 모순이 사라지는 것이다.이 경우는 아주 특별해 미세한 조정작업을 통해 만들어진다.그런데 이 작업이 성공 할 확률이 매우 낮아서 일부 과학자들은 그와 같은 미세조정 작업이 불가능하다고 주장한다.
결론적으로 말해서 타임머신을 만드는 것은 장애물들이 많으므로겉보기에는 거의 불가능한 것처럼 생각된다.
하지만 손가락으로 뚧은 구멍을 통해 빼꼼하게 잠간 내다보듯 극히
일부만 살짝본 우리는 아직도 탐색해야 할것이 아주 많다.
우리에게 과학은 늘 열려 있다.





추신
엔트로피:열과 역학에너지와의 관계를 바탕으로 열현상을 연구하는 분야를 열역학이라 부른다. 열역학에는
두 개의 법칙이 있다.  제1법칙은 흔히 말하는 '에너지 보존법칙' 이며, 제2법칙은 '엔트로피 증가
법칙' 이다.  이것은 열의 이동방향에 관한 법칙이다.  다시말하면 '열은 더운곳에서 차가운 곳으
로 일방적으로 흐른다' 라고 기술할 수 있다.
겨울에는 따뜻한 집안의 열이 추운 바깥으로 빠져 나간다.  열이 더운 곳에서 찬 곳으로 이동한
것이다.  물론 반대 방향으로 열을 흐르게 할 수는 있다.  그러나 이 경우에는 외부에서 강제로
일을 해야한 된다.  즉 열펌프를 작동해야만 된다.  뜨거운 벽돌을 차가운 벽돌과 접촉시키면 뜨
거운 벽돌이 차가운 벽돌에게 열을 빼앗겨 충분한 시간이 지나면 두 벽돌의 온도가 같아진다.
만약 뜨거운 벽돌이 차가운 벽돌로부터 열을 받는다면 뜨거운 벽돌은 더 뜨거워지고 차가운 벽
돌은 더 차게 될 것이다.  이 과정에서 이동한 열량은 같으므로 열역학 제1법칙에는 위배되지 않
지만, 열역학 제2법칙에 위배된다,  그러므로 결코 일어날 수 없는 현상이다.
열역학 제2법칙은 다른 의미로는 질서있는 에너지가 무질서한 에너지로 바뀌는 것을 뜻한다. 자
동차 엔진에서 기름의 일부는 자동차를 움직이고, 다른 일부는 엔진의 주위의 온도를 올리고, 나
머지는 배기가스로 방출된다.  이 배기가스로는 자동차를 움직일 수 없으므로 결국 쓸모 있던 에
너지가 쓸모 없는 에너지로 분산된 것이다.  따라서 열역학 제2법칙은 질서상태가 무질서상태로
바뀌는 것이라고도 말할 수 있다.  무질서의 정도를 나타내는 양을 엔트로피라고 하며 열역학 제2
법칙에 따라 엔트로피는 궁극적으로 증가한다.  그래서 '엔트로피 증가법칙' 이라고 하는 것이다.
엔트로피의 권위자인 모스크바 출신 화학자 일리야 프리고진은 엔트로피를 주제로 하여 열류, 전
류, 화학, 생물학, 나아가서는 사회현상에 까지 열역학의 사고방식을 적용시켜 나감으로서 '에너지
가 산일된다'는 개념을 도입하였다.  '산일'이란 '여기저기로 흩어져서 없어져 버린다는 의미로 엔
트로피가 자꾸 커진다는 것이다.

태초에 우주의 창조행위는 혼돈(Chaos)으로부터 질서(Order)를 만들어 낸 것이기도 하다. 즉, 질
서란 극도의 낮은 엔트로피 상태로서 우주는 진화(?)하는 과정에서 질서에서 무질서에로의 일방통
행만을 계속하여 결국은 에너지는 산일된다.  우주의 에너지가 모두 산일된다 함은 '열적 평형상
태'가 되어 에너지의 이동이 있을 수 없는 '열적 죽음상태(熱死)' 에 이르게 된다는 뜻이다.
엔트로피의 개념을 좀 더 확장시켜 보자.  어떠한 물질이 규칙적인 형태를 하고 있으면 엔트로피
가 작고, 그것이 깨져서 산산조각(불규칙)으로 되면 엔트로피는 커진다.  농작물이 규칙적으로 심
어져 있는 상태는 엔트로피가 작고, 잡다한 초목이 뒤섞여 있으면 엔트로피는 크다고 말할 수 있
다.
트럼프 1만장을 모두 앞면을 향하여 넓은 땅에 깔았다고 하자.  이것은 매우 가지런한 경우이다.
이 상태의 엔트로피는 지극히 작다.  이 때 바람이 불어온다.  한 장만이 뒤집여지면 상태가 근소
하게 흐트러진다.  두 장이 뒤집히고, 석장이 뒤집히고 그리고 결국에는 거의 5,000장이 앞면,
5,000장은 뒤집어진 것으로 되는데 이것이 가장 엔트로피가 큰 상태가 된다.  그 이후는 아무리
바람이 불어도 앞면과 뒷면의 비율이 5 : 5 를 크게 벗어날 수 없다.  이것이 변화가 없는 평형상
태, 즉 죽음상태가 되는 것이다.
이제 조금 복잡한 형태의 엔트로피 증가현상에 대하여 관찰해보자,  주판은 여러 개의 철사 줄에
주판알이 꿰어져 있다.  이때 어떤 이가 계산을 하기 위하여 주판알을 움직였다고 하자.  따라서
주판알은 무질서 상태에서 질서상태로 이행한 결과가 된다.  즉 엔트로피가 감소한 결과가 되는
것이다.  그러나 그 주판알이 정확한 상태로의 이행을 위하여는 주판알을 옯기는데 필요한 사람의
에너지가 들어가고 그 에너지는 열의 형태로 발산하여 우주의 무질서를 증가시킨다.  증가된 무질
서는 주판알 자체의 질서의 증가보다 항상 크다.  컴퓨터의 냉각휀에서 뿜어내는 열은 컴퓨터가
메로리에 하나의 항목을 기록할 때마다 우주의 무질서의 총량을 증가시킨다는 것을 뜻하다.
이 글에 쓰여있는 모든 단어들을 기억한다면 여러분은 100만개의 정보를 기록했을 것이다. 따라
서 여러분의 두뇌 속의 질서도는 약 100만 단위만큼 증가했을 것이다.  그러나 여러분은 이 글을
읽는 과정에서 음식의 형태로 최소한 5,000칼로리의 질서 있는 에너지를 인체에서 소비하여 무질
서한 에너지로 전환시킨 후 땀으로 주변 공기속으로 열을 발생시켰을 것이다.  이 과정에서 여러
분의 뇌 속에서 증가한 질서보다 훨씬 더 많은 양의 무질서를 증가시킨 것이다.
엔트로피 증가법칙은 예외가 없다.  그러나 우연에 의하여 순간적으로 엔트로피가 감소하는 경우
가 있다.  5,000장의 카드가 앞면, 5,000장의 카드가 뒷면에 깔려있는 바닥에 바람이 불어 우연히
1만장 모두가 앞면이 나올 확률도 엄연히 존재하기 때문이다.  방안의 공기 분자가 우연한 충돌로
인하여 질소 분자만이 방안의 컵에 모일 수 있는 확률도 엄연히 있는 것이다.
물이 담겨있는 찻잔이 탁자 ↑에서 바닥에 떨어져서 산산조각이 나는 장면을 촬영했다고 하자.
그리고 그 필름을 거꾸로 돌려 보면 산산조각이 나있는 유리조각들이 한데 모여서 찻잔을 형성하
고 다시 탁자 ↑로 얌전히 올라가는 모습을 관찰할 수 있을 것이다.
그 필름이 거꾸로 돌려진 것임을 어떻게 알 수 있을까?  그것은 일상생활에서 이런 식의 움직임
이 절대로 관찰될 수 없기 때문이다.  깨어진 찾잔이 다시 온전한 찻잔이 되면서 바닥에서 솟아올
라 탁자 ↑에 얌전히 올라않는 광경을 볼 수 없는 이유는 '열역학 제2법칙' 이 그런 일을 금지하
고 있으며, 인류가 발달시켜온 직관은 엔트로피가 증가하는 방향을 시간의 방향으로 느끼기 때문
이다.
만약 신이 우주를 높은 무질서도 상태로 창조하였다고 한다면 사람들은 시간이 갈수록 엔트로피
가 감소하는 세상에 살고 있고 그들은 거꾸로 된(순전히 우리입장에서) 심리적인 시간을 갖게 될
것이다.  즉 그들은 과거의 사건이 아니라 미래의 사건들을 기억할 것이다.  찻잔이 깨지면 그들
은 그 찻잔이 탁자 ↑에 놓여질 것을 기억할 것이다.  그러나 찻잔이 탁자 ↑에 있을 때 그들은
그 찻잔이 바닥에 떨여졌다는 사실은 기억하지 못할 것이다.



타키온: 빛보다 빠른 입자 타키온

인간은 늘 우주여행을 꿈꿔 왔다. 1천억개의 별이 모인 은하, 그리고 이런 은하가 1천억개 모인 우주공간에서 지구에만 고등생물이 있
다는 것은 도저히 믿기지 않기 때문이다. 세계미래학회(World Future Society)가 지난해 11월 미국 조지 워싱턴대학의 예측을 빌어 발표한 내용에 따르면, 별탐사는 2042년에 가능할 것이고(가능성은 51%), 광속에 가까운 우주선은 2062년에 만들어질 것이라고 한다(가능성은 43%). 그러나 그때가 되고 우주 어딘가에 고등생물이 산다고 하더라도 그들과 대화할 방법은 막혀 있다. 지구와 가장 가까이에 있는 프록시마(켄타우루스자리 알파별)까지의 거리는 40조km. 이 거리는 빛의 속도로 4.3광년이 걸리는 거리다. 만약 우리가 그들에게 안부를 묻는 신호를 보낸다면 4.3년 후에 도착할 것이고, 답신은 8.6년 후에 받을 수 있다. 그래서 1930년대부터 빛보다 빠른 물질을 찾겠다는 과학자들이 하나둘씩 생겨나기 시작했다. 이들은 빛보다 빠른 물질을 타키온(tachyon)이라고 불렀다. 하지만 타키온을 찾으려는 노력들은 번번히 수포로 돌아갔다. 그러다가 1950년대부터 빛보다 빠른 초광속(superluminal velocity) 현상이 나타나면서 타키온에 대한 논의가 불붙기 시작했다.

그리고 최근에는 광속보다 4.7배나 빠른 현상이 발견되기도 했다. 타키온이란 무엇이며, 초광속 현상과는 어떤 관계가 있는지 알아보자.
아인슈타인의 인과율 1905년 아인슈타인이 발표한 특수상대성이론에 따르면 움직이는 물질(입자)의 질량은 아래와 같이 표시된다.

m= M0 / 루트/1-(v/c)**2  (1식)

(m은 v속도로 움직이는 물질의 질량, M0는 물질의 정지질량, c는 광
속도이다.)

만약 질량을 가진 입자가 빛의 속도와 비슷하게 된다면 (1식)에 따라 운동하는 입자의 질량은 엄청나게 커진다. 따라서 이 입자의 속
도보다 더 가속하려면 엄청난 힘이 들기 때문에 빛보다 빠른 물질은 생겨날 수 없다. 결국 아인슈타인의 상대성이론은 빛보다 빠른 물질
을 존재하지 않는다고 못박은 셈이다. 물론 질량을 조금이라도 지니고 있는 전자도 예외는 아니다.

자연계에는 두가지 입자가 있다. 하나는 양성자, 중성자, 전자, 양전자와 같이 작지만 정지질량을 가지고 있는 것들이다. 쿼크도 여기
에 속한다. 이들은 아무리 가속해도 빛의 속도에 도달할 수 없다.이런 입자들을 물리학자 빌라뉴크는 타르디온(tardion)이라고 불렀다.
또 하나의 입자는 광자와 중력자와 같이 정지질량이 영(0)인 입자들 이다. 이들은 빛의 속도로만 움직이고, 그보다 작거나 큰 속도로는
움직이지 못하는 것들이다. 이런 입자들은 '빛'이란 뜻을 지난 룩손(luxon)이라고 한다.

만약 빛보다 빠른 입자, 즉 타키온이 존재한다면 어떤 결과가 나올까. 우선 타키온의 질량은 허수(虛數)가 돼야 한다. 또 에너지를 얻
을수록 속도가 느려진다. 그래서 에너지가 가장 클 때 빛의 속도가되고, 에너지를 모두 잃게 되면 그 속도는 무한대가 된다. 실수(實
數)의 질량을 가진 입자는 에너지를 얻을수록 속도가 커지지만, 타키온은 그 반대로 행동하는 것이다. 그래서 타키온이 존재한다면 과
거로의 시간여행도 가능해지고 블랙홀에서도 벗어날 수 있다고 한다. 하지만 원인보다 결과가 앞설 수 없다. 이를 인과율(causality)이라고 한다. 따라서 과거로의 시간여행을 가능케 하는 타키온은 인과율과 위배되기 때문에 존재할 수 없다는 것이 과학자들의 믿음이다.

!> 타키온을 찾아서

빛보다 빠른 물질에 대한 아이디어는 독일의 수리물리학자 아놀드 좀머펠트(1868-1951)가 처음 생각해냈다. 그리고 제럴드 파인버그가
'빠르다'는 뜻을 지닌 그리스어 '타키스'(tachys)에서 유추해 타키온의 이름을 지었다.
타키온은 자연에 존재하지 않으며 수학적으로나 상상해볼 수 있는 입자이지만, 이를 자연에서 발견해보려는 시도는 여러번 있었다. 1968
년 스웨덴의 물리학자 알버거는 감마선으로부터 타키온 한쌍(타키온과 반타키온)을 만들려고 시도했다. 감마선을 물체에 쏘면 전자와
양전자가 생겨난다. 여기서 아이디어를 얻은 알버거는 납 용기에 감마선을 내는 코발트 동위원소를 넣었다. 감마선이 납용기에 의해 막
히면 타키온과 반타키온이 생기지 않겠느냐 하는 생각이었다. 만약 타키온이 만들어진다면 물질이 빛보다 빨라지면 나오는 체렌코프광
을 검출해 그 존재를 확인할 수 있을 것이다. 그러나 그는 실험을 통해 아무것도 얻지 못했다.
1970년 미국의 물리학자 발티는 타키온의 질량이 허수라는 점을 주목했다. 그래서 가속기를 이용해 입자실험을 할 때 질량의 제곱이
음(-)인 입자들을 찾으려고 노력했다. 허수를 제곱하면 음이 되고, 그런 입자가 존재한다면 바로 타키온이기 때문이다. 하지만 발티의
실험은 허사였다.
지구 밖에서는 우주선(cosmic ray)이 끊임없이 온다. 이들은 20km 상공에서 대기원자와 충돌하면서 전자와 감마선들을 만들어낸다. 19
74년 미국의 실험물리학자 클레이는 전자와 감마선이 만들어질 때 타키온도 만들어지지 않을까 생각했다. 그래서 여기서 만들어진 입
자들 가운데 입자의 비행시간을 확인해 빛보다 빠른 물질이 있는지를 알아내려고 했다. 그러나 소득은 없었다.

!> 양자역학의 개가
자연계에서 타키온을 발견하려는 노력은 모두 실패했지만, 양자역학에서는 빛보다 빠른 현상이 존재한다는 연구결과들이 흘러나오기 시작했다.
1932년 벨 연구소에 근무하던 맥콜은 입자가 어떤 장벽을 통과할 때 시간지연이 발생하지 않는다"고 발표해 초광속 현상이 존재할 수 있
음을 시사했다. 그후 1955년 프린스턴대학의 유진 비그너와 아이센버드는 어떤 환경 하에서 장벽을 통과하는 입자들은 실제로 빛보다
빠르다는 결론을 이끌어냈다. 이는 양자장벽투과(quantum barrier penetration), 혹은 터널링(tunelling)이라는 현상이다.
1980년대 말 AT&T 벨 연구소에 근무하던 스티븐 추와 스티븐 웅은 흡수물질을 통과하는 빛이 초광속으로 움직이는 것을 직접 측정했
다. 그러나 이것은 주목받지 못했다. 양자 터널링이 아닌 흡수현상이었기 때문이다.
1991년 이탈리아의 아네디오 란파그니 연구팀은 전자기파를 이용해 양자 터널링 현상에 가까운 것을 재현해냈다. 이때 장벽을 뛰어넘은
전자기파의 속도는 거의 광속에 접근한 것이었다. 그리고 이듬해 콜로그네 대학의 귄터 님츠가 마침내 마이크로파가 초광속으로 움직이
는 것을 목격했다고 보고했다. 왜 란파그니팀은 실패했는데, 님츠는 성공했을까. 란파그니팀이 설치한 장벽이 얇았기 때문이었다. 장벽
의 두께가 증가할수록 터널링 속도는 증가한다는 것을 몰랐던 것이다.
1993년에는 캘리포니아대학 버클리분교의 치아오, 스타인버그, 퀴애트 등이 초광속을 측정했다. 그들은 광학 필터를 사용해 이를 통과
한 속도와 그냥 공기 속을 통과한 빛을 비교했다. 그랬더니 광학 필터를 통과한 빛이 광속보다 1.7배나 빨리 도착했다.
여기서 빛보다 빨리 진행된 것은 파속(wave packet)이었다. 양자역학적으로 해석하면 입자는 파동이 한곳에 몰려있다고 볼 수 있다.
반대로 일반적인 파동은 전체적으로 흩어져 있는 것이다. 그런데 파속은 파동이 마치 입자처럼 한곳에 뭉쳐있어 입자처럼 행동하는 것
이다.
치아오는 "파속의 초광속현상이 아인슈타인의 특수상대성이론에 위배되지 않고, 이 실험에서 사용한 것은 빛보다 빨리 정보를 전달하
는 신호(signal)를 의미하지도 않는다"고 말했다. 왜냐하면 장벽을 통과한 광자는 전체의 일부에 불과하기 때문이다. 터널링 현상은 확
률적으로 이뤄지기 때문에 어떤 광자가 먼저 도착했고 어떤 것이 늦게 통과했는지를 알 수 없다. 따라서 이를 신호로 보는 것은 무리가
있다는 것이 치아오의 설명이었다.

모차르트 40번 교향곡의 비밀 1995년 3월 우타주 스노우버드에는 초광속 양자현상을 연구하는 학자들이 모였다. 이 자리에서 님츠는 빛의 속도보다 4.7배나 빠른 신호를 보냈다고 발표했다. 이때 논의됐던 내용은 영국의 과학주간지 뉴 사이언티스트 1995년 4월 1일자에 잘 정리돼 있다.
님츠 연구결과는 극초단파의 초광속현상을 발견했을 뿐 아니라 실제로 빛보다 빠른 신호를 보냈다는 점에서 주목받았다. 그 신호는 모
차르트 40번 교향곡으로, 12cm 장벽을 빛보다 4.7배나 빠른 속도로 통과했다. 님츠는 학자들이 자신의 연구결과를 의심할지 모른다고
생각하고 터널링한 교향곡을 다시 녹음해 이날 청중들에게 들려줬다. 이제 논란의 초점은 빛보다 빠를 수 있는가가 아니라 빛보다 빨리전달된 것이 과연 정보를 담고 있는 '신호'인가로 옮겨갔다. 많은 학자들은 모차르트 40번 교향곡은 신호가 될 수 없다고 생각했다.
인과율의 신성함과 아인슈타인의 특수상대성이론을 믿기 때문이다.
앞서 초광속 현상을 발견했다고 발표했던 치아오도 여기에 앞장섰다. "음악은 신호가 아니다. 짧은 시간 동안 장벽을 통과한 양은 매
우 적다. 따라서 장벽을 통과한 음악이 원래의 음악과 같은 것인지는 확인하기 어렵다. 아인슈타인의 인과율은 빛보다 빠르게 신호를
보내는 것을 허용하지 않지만, 전자기파의 그룹 속도(파속의 속도)가 빛보다 빠른 것을 제한하지는 않는다." 치아오와 마찬가지로 스
타인버그도 "모차르트 40번 교향곡은 점차 변하는 파동이기 때문에 신호로 볼 수 없다"고 님츠를 반박했다.
그러나 님츠는 그 말에 승복하려고 들지 않았다. 모차르트 40번 교향곡이 말해주지 않느냐는 식이었다. 하지만 많은 학자들은 치아오
와 비슷한 생각을 하고 있다. 지금까지의 실험결과로 보면 음악이나 광자(빛)를 빛의 속도보다 빨리 보낼 수 있다. 하지만 그것이 정보
를 전달하는 신호를 의미하지는 않는다는 것이다. 따라서 과거로 정보를 보내는 시간여행이나 인과율은 깨지지 않는다고 그들은 믿고
있다.



출처:2004년 1월호56~61쪽,농구님의 머리,arcadia님의 머리