양자컴퓨터 기술이 발전되면서 시간 여행에 대한 주제가 꾸준히 거론되고 있다.

영화에서는 '백 투더 퓨처(Back to the Future)'에서 보는 것처럼 그동안 과거와 미래를 자유자재로 시간 여행을 하는 장면이 주로 묘사돼 왔다. 

과학 기술 전문매체 디브리프(The DEBRIEF)는 지난 10월 13일 과학자들이 실제로 과거를 바꿀 수 있는 역방향 시간 여행을 25%의 확률로 성공적으로 시뮬레이션했다고 보도했다.

디브리프에 따르면 양자 영역의 특이한 특성을 활용하려는 과학자들은 역방향 시간 여행 방법을 성공적으로 시뮬레이션하여 25%의 성공률인 4번 중 1번은 사후에 사건을 변경할 수 있었다고 말했다. 

반면, 영화처럼 시간을 거슬러 올라가는 역방향 시간 여행(과거로의 여행)은 현재 기술로는 불가능하다는 학설도 제기됐다. 

영국 매체 데일리스타에 따르면 과학자들은 시간 여행을 개발하는 데 가까워지고 있는 것처럼 보이지만 시간 여행이 미래로 가는 한 방향으로만 가능하다는 설명이 나왔다고 전했다.

먼저 역방향 시간 여행 시뮬레이션을 일부 성공한 과학자들의 이야기를 살펴보자. 케임브리지 대학 연구팀은 타임머신 자체를 직접 만든 것은 아니지만, 과거에 일어난 사건을 사후에 변경하는 것이 물리학 원칙에 위배되지 않는다는 점을 강조했다. 

케임브리지 히타치 연구소의 수석 연구원 데이비드 아비드슨-슈쿠르는 "누군가에게 선물을 보내고 싶다고 가정해 보겠다. 선물을 3일째에 도착하도록 하려면 첫날에 보내야 한다. 하지만 선물을 받을 사람의 위시리스트는 둘째 날이 되어야 받을 수 있다"고 설명했다.

선물을 받는 사람의 타임라인을 존중하려면 첫째 날에 선물을 보내야 한다. 하지만 아비드손-슈쿠르가 지적했듯이, 선물을 보내야만하는 첫째날이 아닌 둘째 날이 되어야 어떤 선물을 보낼지 알 수 있기 때문에, 선물 배송이 늦어지거나 잘못된 선물을 보내게 될 수 있다.

아비드손-슈쿠르는 "이제 둘째 날에 받은 위시리스트의 정보로 첫째 날에 보낸 선물을 변경할 수 있다고 상상해 보자"라고 말했다. 연구팀은 바로 이러한 현상이 역방향 시간여행 시뮬레이션 시나리오에서 일어날 수 있다고 말했다.

연구팀은 "저희 시뮬레이션은 양자 얽힘 조작을 사용하여 이전 행동을 소급하여 원하는 최종 결과를 얻기 위해 (선물을)어떻게 변경할 수 있는지 보여준다"라고 설명했다. 

시간여행에 '양자 얽힘' 활용

'양자 얽힘'은 양자 입자 간에 특정한 기본적인 속성이두 개 이상의 입자에 의해 공유되는 현상으로, 한 입자의 속성을 변경하면 다른 입자에게도 동일한 변화가 발생한다. 케임브리지 대학 연구팀은 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)' 저널에 발표된 시뮬레이션을 통해 두 입자의 양자 얽힘 현상을 모의 실험했다. 

실험이 끝난 후 입자들은 새로운 정보를 얻었으며, 이는 입자들의 행동 변화를 유발했을 것으로 추정된다.

미국 국립표준기술연구소(NIST)와 메릴랜드 대학의 연구원이자 이 연구의 공동 저자인 니콜 융거 할펀은 이러한 상황에서 "실험자가 두 번째 입자를 조작함으로써 첫 번째 입자의 과거 상태를 효과적으로 변경하여 실험 결과에 영향을 미친다"고 설명했다.

연구팀은 이 시뮬레이션에서 나머지 입자를 변경함으로써 과거에 일어난 일을 바꾼 것으로 보인다. 연구자들은 이러한 효과를 "놀라운 것"으로 평가했다. 그러나 이 실험은 새로운 정보를 통해 과거를 변경하는 성공률이 약 25%에 그치는 한계를 지니고 있다.

아비드손-슈쿠르는 이에 대해 "시뮬레이션이 실패할 확률이 75%라는 의미"라고 말했다. 그는 "선물의 비유를 계속 사용한다면 네 번 중 한 번은 원하는 선물(예: 바지 한 벌)을 받을 수 있지만, 나머지 세 번은 사이즈가 잘못된 바지이거나, 색상이 잘못되었거나, 원하지 않는 다른 선물(예: 재킷)이 될 수도 있다"고 설명했다.

다행히도, 시뮬레이션을 통해 실패 시점을 파악할 수 있기 때문에 연구자들은 시스템을 재조정하여 효율적으로 시간 여행을 실행하고 원하는 결과를 얻을 수 있다. 이 어려운 목표를 달성하기 위해, 연구팀은 이론적 실험자가 다양한 해결책을 제시한 후, 원하지 않는 75%의 결과를 쉽게 걸러낼 수 있는 필터를 사용하는 방안을 제안했다.

케임브리지 대학 캐번디시 연구소에서 석사 학위를 취득하는 과정에서 이 연구에 참여한 공동 저자 에이단 맥코넬 박사는 "첫째날에 많은 선물(예를 들어 4개)을 보낼 수 있으며 비용이 저렴하다고 가정해보자. 둘째 날에는 어떤 선물을 보내야 할지 정확하게 알 수 있다. 셋째 날 도착하는 소포 중 4개 중 1개가 원하는 선물일 것이다. 우리는 선물을 받는 사람에게 4개의 택배 중에서 원하는 선물이 든 택배 하나만 선택하고 필요 없는 택배 3개를 알려주어 반품을 유도할 수 있다"고 설명했다. 

타임머신 아닌 역방향 시간 여행 시스템?

연구팀은 이번 연구가 양자 얽힘 현상에 근거한 성공적인 시뮬레이션은 맞지만, 여전히 시뮬레이션에 불과하다는 점을 강조했다. 그들은 과거의 실험 결과를 바꿀 수 있는 방법을 효과적으로 입증했을지라도, 이것이 최소 25%의 확률로 역방향 시간 여행을 가능하게 하는 것은 아니며, 이를 영화 '백 튜더 퓨처'에서 에밋 브라운(크리스토퍼 로이드 분) 박사가 만든 특정 플럭스 커패시터를 장착한 타임머신 '드로리안'과 비교해서는 안 된다고 언급했다.

아비드슨-슈쿠르는 "우리 연구의 목적은 시간 여행 기계를 제안하는 것이 아니라 양자역학의 근본을 더 깊게 이해하자는 것"이라고 말했다. 그는 "이 시뮬레이션을 통해 과거로 돌아가 과거를 바꾸는 것은 불가능하지만, 오늘의 문제를 해결하여 더 나은 내일을 만드는 데 기여할 수 있다"고 강조했다.

한편, 최근 데일리스타에 보도된 새로운 연구에 따르면 1985년 개봉한 영화 '백 투 더 퓨처'에서 주인공 마티 맥플라이(마이클 J. 폭스 분)처럼 시간을 거슬러 올라가는 것은 불가능하다고 밝혀졌다. 

이는 단순히 영화 속 타임머신 차량인 드로리안을 구하기 어렵기 때문만이 아니라, 시간의 구조가 과거로 꺾이지 않기 때문이라는 것이 연구의 결론이다.

"미래 시간 여행만 가능"

과학자들은 이 새로운 연구를 통해 실제로 시간을 거슬러 올라가는 개념을 배제하는 가능성을 확인했다. 이 연구에 따르면 과거로 돌아갈 수 없는 주된 이유는 빛과 물체 간의 관계 때문이라고 한다.

만약 이 연구 결과가 사실이라면, 역사를 바꾸기 위한 시간 여행은 가능하지 않을 것으로 보인다. 그러나 미래로의 여행은 여전히 가능하다고 알려져 있다.

핀란드 동부 대학의 마티아스 코이부로바 조교수는 물체 주위에서 빛을 전달하는 새로운 방법에 대한 연구 결과를 발표했다.

코이부로바는 "기본적으로 저는 1+1 차원에서 파동 방정식을 유도하는 매우 깔끔한 방법을 발견했다. 이 방법에서 중요한 가정은 파동의 속도가 일정하다는 것이다. 하지만 만약 속도가 항상 일정하지 않다면 어떨지 궁금했다. 이는 매우 흥미로운 질문이었다"라고 말했다.

인디100이 보도한 바에 따르면, 동료 연구자 보핀 마르코 오르니고티는 "이 연구가 '매우 유명한' 논쟁을 불러일으켜 '논란'을 야기했다"고 한다.

연구를 이끈 오르니고티 교수는 "물리학에는 '아브라함-민코프스키 논쟁(상대성 이론 우선권 논쟁)'이라고 불리는 매우 유명한 논쟁이 있다. 이 논쟁은 빛이 매질에 들어갈 때 그 운동량은 어떻게 되는가 하는 것이다. 민코프스키는 운동량이 증가한다고 주장한 반면, 아브라함은 운동량이 감소한다고 주장했다"고 설명했다. 

영화나 소설 등 상상 속에서만 가능했던 시간 여행의 가능성을 열기 위해 과학자들은 이처럼 다양한 실험을 이어가고 있다. 

현재 기술로 25%의 성공 확률로 역방향 시간 여행 성공을 바탕으로, 양자 컴퓨팅의 발전에 힘입어 향후 미래와 과거 쌍방향 시간 여행이 가능한 날이 올 것을 기대해 본다.