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1. 개요
Wormhole웜홀은 서로 다른 두 공간을 잇는 가상의 통로 개념이다. 벌레(Worm)가 사과에 파놓은 구멍을 통과하면 더 빠르게 반대편으로 갈 수 있다는 비유에서 나온 용어이다. 아인슈타인-로젠 다리라고도 불린다.
2. 설명
처음에는 블랙홀과 화이트홀을 연결하는 매개체로 가정되었으나, 현재는 화이트홀의 이론적 근간 자체가 부정되었으므로 그런 의미로 사용되는 일은 별로 없다. 현재의 웜홀은 화이트홀과는 별개로 취급되고 있으며, 실제로 킵 손은 1988년 발표한 논문인 《시공간의 웜홀과 항성 간 여행에서의 유용성(Wormhole in space-time and their use for interstellar travel)》에서 엄청난 양의 질량[2]과 음의 질량을 가진 물질이 있으면 화이트홀 없이 웜홀을 만드는 게 가능하다고 주장했다.그의 이론은 이후 SF 작품들에서 여러 차례 등장하며 현실에서도 실제 연구되고 있는 초광속 항행 기술 중 하나인 워프 기술의 구현에도 응용할 수 있다. 워프는 주로 시공간 왜곡이나 웜홀을 응용하여 시공의 지름길을 만들어 먼 거리를 단시간에 이동한다는 개념인데, 이 중 후자를 과학적으로 설명해줄 수 있는 이론이 바로 킵 손의 이론이라는 것이다. 그리고 킵 손의 자문을 받아서 이 웜홀을 통한 성간여행을 다룬 SF 영화가 바로 2014년 개봉한 인터스텔라이다.
단, 공간 왜곡은 실제 관측되는 현상이며, 이를 이용한 워프 기술은 실험과 실용화 가능성이 있는 반면, 웜홀의 경우 어떤 관측 증거나 실험적 근거도 존재하지 않는다. 이런 점에서는 초끈 이론과 비슷한 처지이다. 다만 웜홀은 웜홀 안의 시간을 이용한 타임머신도 구상된 적도 있다. 한 가지 단점이 있는데, 웜홀이 생성된 시간 이전으로는 건너갈 수가 없다. 이는 현대 물리학의 법칙 내에서 구상된 모든 타임머신이 공유하는 단점으로, 어떠한 타임머신으로도 현대 물리학의 범주 내에 존재한다면 타임머신이 만들어진 시간보다 과거로 돌아갈 수 없다.[3]
과학자들이 Google의 양자컴퓨터를 실험하는 과정에서 '작은 웜홀'을 만드는 데 성공하였고, 이 결과는 당일 곧바로 Nature에 게재되었다. 내용 Nature 게재 링크
또한 미시적으로는 초기 우주 등 강한 양자중력 효과를 고려하면 플랑크 길이(10-33cm) 정도 크기의 웜홀도 생성될 수 있었다고 예상할 수 있다.
도전 골든벨 서울 세종고등학교 편에서 골든벨 문제로 출제되었다.
3. 인터스텔라의 웜홀
영화 인터스텔라에서 묘사된 웜홀. 사진에도 나오다시피 웜홀의 모양은 구(球)형이다. 이를 보고 신기해하는 쿠퍼에게 로밀리가 종이를 예로 들어 설명하길, 종이 양쪽을 겹치게 잡고[4] 구멍을 뚫으면 종이 양 쪽 끝에 원형의 구멍이 각각 생기게 되며, 종이를 2차원 세계로 대입하면 웜홀이 원이 되고, 3차원에서는 2차원의 원이 구가 된다고 풀이한다. 즉 2차원인 종이의 면을 3차원적으로 구부려서 생긴 2차원 구멍(원)을 3차원에 대입하면 3차원인 우주 공간을 4차원적으로 구부려서 생긴 3차원 구멍(구)인 웜홀인 것이다. 종이의 면은 우주 공간에, 구멍은 웜홀에 비유할 수 있다. 3차원 공간의 단면(2차원)을 잇기 위해 2차원의 구멍이 뚫린 것처럼, 4차원 공간의 단입체(3차원)를 잇기 위해 3차원(구)의 구멍이 뚫렸다고 보면 된다.
[1] 쿠르츠게작트의 영상.[2] 혹은 에너지.[3] 참고로 웜홀을 불안정하게 만드는 것이 바로 과거로의 시간이동이다. 웜홀의 입구와 출구의 중력 포텐셜 차이에 의한 미세한 시간차로 발생하는 에너지 증폭에 의한 웜홀 붕괴라는 시나리오도 있을 정도. 간단히 말하면 양자요동등으로 한 순간 발생하는 웜홀의 입구와 출구가 매우 근처에 생성되었을 때, 중력 포텐셜 차이에 의해서 발생한 시간차로 인해 미래에 있는 입구에서 과거로 가는 출구로의 카시미르 효과와 같은 매커니즘에 의해 파장이 생성되고, 이 파장이 과거의 출구에서 나와서 자기 자신과 상호간섭하는 경우를 생각할 수 있다. 이 때, 파장의 합성에 의해서 파장이 증폭될 수도, 역으로 상쇄될 수도 있는데 문제는 증폭되는 경우. 한번 증폭이 일어난 시점에서 그렇게 증폭된 파장이 다시 과거로 방사되어 현재의 파장을 계속해서 증폭시키게 되면서 에너지가 계속해서 증가하게 되는 것. 이렇게 증가한 에너지 밀도로 인한 중력장 변동이 웜홀을 붕괴시켜버릴지도 모른다는 시나리오다.[4] 공간이 극단적으로 휜 상태