Let? Do theTime Warp

시간여행의 원리나 이를 소재로 한 소설 모두 신비롭기는 하지만 과학적으로 증명되는 원리는 더욱 신비롭다.

소설가 H.G. 웰스는 자신의 에서 주인공을 ‘미래’로 보냈는데, 이 여행은 지구의 수명이 거의 다 된 무렵에 돌아오는 3천만년 가량의 왕복여행이어서 최후까지 남아있던 생명체들은 어두워지는 태양 아래서 오징어처럼 퍼덕이고 있었다. 이전에도 ‘시간여행’을 다룬 작가들은 있었지만 웰스는 기계를 통해 이러한 시간여행을 실현할 수 있다는 생각을 해냈다.

1895년은 웰스에게 있어 ‘시간’은 전과 후 또는 위와 아래 정도의 차원에 불과했지만 그가 상상 속에서 만들어낸 기계를 타고 인간이 4차원을 통하여 미래로 이동할 수 있을지에 관해서는 아무런 암시도 하지 않았다. 그는 다만, 미래로 가보고 싶어했을 뿐이다. 그로부터 10년 후인 1905년, 아인슈타인은 특수상대성 이론을 통해 시간여행에 대한 해답을 내놓았다. 아인슈타인에 의하면 시간은 뉴턴의 관점처럼 누구에게나 똑같은 속도로 한 방향으로 움직이는 우주의 불변적 특성이 아니라 움직이고 있는 물체들의 상대적 특성이었다. 움직이고 있는 시계는 정지 상태의 시계보다 ‘느리게’ 간다. 움직이는 시계는 정지한 시계에 비해 상대적인 미래로 이동했기 때문이다. 사실 우리 모두 지금까지 내내 시간여행을 해 왔지만 이를 보여줄 만큼 정밀한 시계가 없었을 뿐이다.

이렇게 해서 지난 1세기 동안 물리학과 픽션은 중력에 버금가는 강한 인력을 가지고 서로를 끌어당기게 되었고, 행성탈출의 각색자인 로드 설링과 아인슈타인을 뒤이은 과학자들은 매력적인 이 아이디어를 두고 서로 협력해 왔던 것이다. 칼 세이건과 그의 소설 는 과학과 픽션이 시너지 효과를 발휘한 가장 깔끔하고 널리 알려진 예일 것이다. 1980년대 초 그는 자신의 작품에 나오는 한 등장 인물을 우주를 통해 시간이동을 시켜야 하는 일이 생기자, 캘리포니아 공대의 물리학 교수인 친구 킵 손을 찾았다. 손은 한 가지 이론을 만들어 냈는데, 이것이 바로 ‘고도 문명’의 건설을 요하는 타임머신의 설계도였다.

물리학자들이 내놓은 블랙홀이나 웜홀, 다중 우주와 같은 거의 모든 시간여행 이론들은 대부분 작가들에 의해 작품의 소재로 사용되어 왔다. 시간여행을 소재로 한 영화는 흥행 성적도 좋았다. 시간여행은 코미디, 로맨스, 공포, 환타지 및 탐정 등 전 장르를 포괄하는 결정체로 정교한 극의 구성을 가능하게 해준다.
영화 에서 웰스는 직접 연쇄살인범 잭을 쫓아 1970년대의 샌프란시스코로 간다. 출판가에서는 브래드버리와 딕, 헤인레인과 이들을 뒤이은 작가들이 시간여행류를 소재로 쓴 작품들이 서점의 서가를 가득 채웠다. 다이아나 개벌돈의 흡혈귀를 소재로 한 소설 시리즈의 5권에서는 20세기의 여주인공이 18세기의 건장한 스코틀랜드 남자 제이미 프레이저와의 사랑을 이룸으로써 수 차례에 걸쳐 베스트셀러 목록에 오르기도 했다.

시간여행은 이렇게 해서 현재에 이르고 있다. 이 달에는 영화사인 드림웍스가 1960대 버전인 을 재구성해 개봉한다. 의 감독은 소설가 웰스의 증손자인 사이먼 웰스다. 이 영화는 원작의 빅토리아풍 장식을 그대로 유지하고 있다. 트위드 조끼를 입은 시간여행객이라든가 철 부속품들로 만든 타임머신, 증기 기관차의 조작장치들은 물론이고 할리우드식 해피엔딩도 모두 그대로다. 주인공인 피어스는 서기 8십만 년에 지하에 숨어사는 돌연변이 족들과 싸워 여주인공을 구하며 특수효과도 뛰어나게 처리되어 있다. 잘 짜여진 시간여행 이야기와 물리학의 공통점은 바로 이러한 인과율에 대한 관심이다.

시간여행을 그리스 신화처럼 묘사하다 보면 모순이 발생해 과학자들은 이런 질문들을 하게 된다. ‘만약 자신이 태어나기 전으로 시간여행을 해 자신의 할아버지를 죽인다면 어떻게 될까?’. 이러한 상상은 시간여행 소설을 쓰게 하는 자극제가 된다. 과학자들의 관심을 자극하는 것은 아인슈타인 이후 시간이 중력과 양자역학의 여러 문제들이나 통일 이론 연구와 뒤섞여 버렸다는 점이다. 그런데다 시간여행, 특히 과거로의 시간여행은 모순이 있기는 하지만 우주의 법칙들과 상충되어 보이지는 않는다.

시공간 뒤틀면 시간여행 가능
우리 모두가 시간여행객이라고 생각해도 현재의 기술은 이를 절대로 실현시킬 수 없다. 시속 28,000km로 지구 궤도를 선회하는 우주정거장 미르호에서 2년 이상을 체류했던 세르게이 아프데예프 조차도 겨우 50분의 1초만큼 미래로 여행한 것에 불과하다고 프린스턴 대학 천체물리학자인 리차드 가트는 말했다.
단숨에 시간을 가로질러 이동하려면 광속의 99.995%에 달하는 초고속으로 진행해야 한다. 가트는 “이런 속도로 500광년을 진행했다가 같은 속도로 되돌아오면 지구에 도착할 즈음엔 지구상에서는 1,000년이 흘렀지만 시간여행자에게는 10년 정도가 지난 데 불과하다”고 말한다.

하지만 이런 속도를 얻기 위해서는 뉴욕시립대학의 이론물리학 교수인 미찌오 가쿠가 지적한 거의 상상할 수 없을 정도의 강력한 에너지원의 요구인 소위 ‘가솔린’ 문제를 극복해야 한다. 가솔린 문제는 단순하게는 미래로 여행하기 위한 상대성 예측에서 깁 손의 웜홀 기술과 같은 보다 복잡한 문제에 이르기까지 다양하게 걸쳐있다.

가쿠 교수는 “는 내가 좋아하는 시간여행 이야기들 중 하나”라며 “타임머신인 디로리언(DeLorean)은 플루토늄에서 에너지를 얻지만 이것만으로는 불충분하다. 타임머신을 제대로 가동시키려면 소위 ‘플랑크 에너지’라는 것이 필요한데, 이것은 현존하는 가장 강력한 원자분쇄기보다 1,000조 배 정도 강한 에너지”라고 지적한다. 웰스의 영화 개봉과 때맞춰 이번 달에 미국에서 출간될 의 저자인 물리학자 폴 데이비스는 “지금은 웜홀을 만들 것처럼 보이지만, 이것을 만들려면 태양계보다도 큰 입자가속기 같은 것이 필요하다.”며 “그러나 현재의 기술수준은 그럴 가능성이 전혀 없어 보인다.”고 말했다.

타임머신 제작 원리의 기초가 되는 것은 1915년 완성된 아인슈타인의 일반상대성 이론. 이 이론은 중력을 물질에 의해 시공간이 뒤틀리거나 구부러진 상태로 정의한다. 가트 교수는 “만약 시공간이 휘어져 있다면 이 시공간이 충분히 뒤틀린 곳을 통해 거꾸로 한 바퀴 돌아 과거의 한 사건의 장소로 가 볼 수 있는 상황이 가능해진다”고 말한다. 개미 한 마리가 네모난 종이의 가장자리를 돌아 한쪽 모서리에서 반대편 모서리로 기어가고 있는 모습을 생각해 보자. 그런데 이 종이를 접어 두 모서리가 맞붙게 하면 이 개미의 이동 경로는 현저히 단축된다.

우주끈 실험
1991년 시간여행 물리학 분야에 새로운 이론이 발표되었다. 프린스턴대의 천체물리학자인 리처드 가트 3세가 ‘우주끈(Cosmic String)’이라는 가상의 물체를 통해 과거로 여행할 수 있다고 한 것이다. 우주 끈들은 길고 얇은 물체로, 우주학자들은 이들이 우주생성 초기에 형성되었을 것으로 간주한다. 우주 끈들은 길이가 무한대이며 폭은 원자 한 개보다도 좁은데다 밀도가 엄청나 몇 km의 우주 끈의 무게가 지구보다 무겁다. 가트의 이론은 이상적인 우주 끈 모델을 기초로 한 것이다. 시간여행자가 이를 이용할 수 있으려면 두 개의 우주 끈이 완벽한 평행을 이룬 채 광속에 근접한 속도로 날면서 고속도로에서 서로 반대 방향으로 달리는 두 대의 자동차처럼 서로 엇갈려 지나쳐야만 한다.

이 두 끈들이 서로 지나치면서 시공간은 빠르게 움직이는 필라멘트들의 영향으로 심하게 왜곡된다. 숙련된 시간여행자는 근처 우주선에서 기다리고 있다가 쌍을 이룬 두 끈 둘레로 비행하면서 이러한 시공간의 왜곡 현상을 이용할 수 있을 것이다. 타이밍을 잘 맞추면 시공간의 왜곡을 이용해 시간여행을 시작하기 전의 출발점으로 되돌아 올 수 있어 과거로의 단일 방향 여행이 가능해진다. 이것이 의미하는 바는 물리학 법칙에 따르는 시간여행을 생각해 볼 수도 있다는 점이다. 이것은 단지 시간만의 문제일 수도 있다.

폴 데이비스와의 대화
영국 태생의 물리학자인 폴 데이비스는 1995년 과학의 철학적 의미에 관한 연구로 템플턴상을 수상했다. 그는 자신의 신간 을 바이킹 사를 통해 이 달 출간한다. 본지는 시간여행의 여러 가지 이론들에 관해 데이비스와 인터뷰를 가졌다. 다음은 인터뷰 요지. Popular Science(PS) : 시간여행의 연구는 대부분의 물리학자들에게 좀 터무니없는 연구가 아닙니까?

폴 데이비스(PD) : 시간여행을 먼저 미래로의 여행과 과거로의 여행으로 나누어야 합니다. 미래로의 여행은 터무니없다고 하기보다는 오히려 이미 입증된 사실이죠. 실제 이런 여행이 가능하고, 본인은 1905년 아인슈타인이 <특수 상대성 이론>을 출간한 이후 이런 사실을 이미 알고 있었습니다. 그는 이 책을 통해 좀 더 빨리 비행함으로써 미래에 더 빨리 도달하는 방법을 매우 명확하게 서술하고 있습니다. 상대적인 과거로의 여행은 터무니없는 부분입니다. 시간을 거슬러 갈 경우 과거를 바꾸는 등의 온갖 모순에 봉착하게 됩니다. 그래서 많은 물리학자들이 이에 대해 과거로의 여행은 불가능하다고 분명히 인정하고 있었죠.
그런데 1980년대 말 킵 손과 그의 동료들의 연구로 이 모든 것이 바뀌었습니다. 이들은 만약 웜홀이 존재한다면 이것을 범용의 타임머신으로 바꿀 수 있음을 곧 알아냈습니다(기사 참조). 현재까지의 최고 물리학 이론들에 입각해 보면 이러한 것들이 가능해 보입니다.
PS : 타임머신은 언제 만들어 질 수 있다고 생각합니까?
PD : 기존 물리학을 고려해 볼 때 이것은 영화 에서나 나올 수 있는 기술로서 불가능합니다. 타임머신은 고도로 발달한 문명에서나 만들 수 있는 것처럼 보이죠. 하지만 어떤 물리학 이론에 대해 단정적으로 얘기하는 건 어리석은 짓입니다. 향후 50년 동안 이루어질 연구는 중력의 성질에 관한 우리의 이해를 완전히 바꾸어 놓게 될 것입니다. 중력이 바로 열쇠인 셈이죠. 왜냐하면 시간을 왜곡시키는 건 바로 중력이기 때문입니다.
PS : 만약 타임머신을 만들게 되면 윤리적인 문제가 뒤따르지 않을까요?
PD : 타임머신 연구를 기피하는 물리학자들은 무언가 물리적인 것이 타임머신을 막아야 한다고 생각합니다. 만약 시간여행을 금하는 모종의 밝혀지지 않은 자연 법칙이 있다면 과학자들은 바로 그런 것에 관심을 갖게 되지 윤리적 원칙으로 이런 것이 보호되기를 원하지는 않습니다.
PS : 물리학이 소설에 영향을 준다고 생각합니까, 아니면 소설이 물리학에 영향을 준다고 생각하십니까?
PD : 서로 영향을 끼치기는 하지만, 대개 소설이 과학으로부터 소재를 얻기는 해도 그 반대인 경우는 별로 없습니다. 소설 집필의 가장 큰 장점은 법칙에 제약을 받지 않아도 된다는 점이죠. 하지만 저는 개인적으로 최고의 과학 소설은 신뢰할 만한 과학적 기반에 입각해 쓰여진 소설이라고 생각합니다.

시간여행을 위해서는 이처럼 시공간을 ‘접기’만 하면 되는데, 타임머신이 바로 그런 역할을 한다. 시간을 상당한 정도로 뒤틀기 위해서는 많은 중력이 필요하다. 블랙홀은 엄청난 중력이 작용하기 때문에 시공간 자체에 균열을 일으킬 정도지만 이곳이 관문이 되지 못하는 이유는 이곳을 통과하는 시간여행자를 무한한 밀도의 덩어리로 찌그러뜨려 영원히 가두어 버릴 것이기 때문이다. 하지만 적정한 조건의 웜홀은 이론상으로는 두 블랙홀 사이에 통로를 형성해 시공간 틈새를 통해 우주의 다른 장소로 갈 수 있도록 해 준다. 웜홀의 한 쪽 끝을 은하계 차원에서 약간 조작을 하면 이것이 타임머신으로 바뀌게 된다(52쪽의 웜홀 관련기사 참조).

가트 교수는 “킵 손과 그의 동료들은 ‘만약 웜홀 입구로 제대로 들어가기만 한다면 영화 의 조디 포스터가 출발도 하기 전에 되돌아 와 있을 수 있기 때문에 출발했던 바로 그 장소에서 또 다른 자기 자신과 악수를 할 수 있었을 것’이라고 적고 있다”고 말한다.

불가능한 시간상의 인과 고리의 생성 개념은 아주 쉽게 이해할 수 있다. 에서 마이클 제이 폭스는 출력을 잔뜩 올린 디로리안을 타고 시간여행에서 되돌아 온 후 자기 모습이 서서히 사라지는 광경을 보면서 엄마가 미래의 자기 아버지와 사랑에 빠지려는 순간 엄마의 마음을 사로잡게 된다.
한 학술 논문에 의하면 는 사람들이 시간여행을 좋아하는 중요한 이유였던 근친상간의 가능성을 명백히 보여 준 최초의 공상과학 영화다.

데이비스는 “시간여행의 모순 때문에 일부 물리학자들은 이를 멀리 했는데, 이들은 비웃음을 당할까 봐 두려워했기 때문”이라고 지적한다. 실제로 시간여행에 관해 폭넓은 저술을 해 온 러시아 천체물리학자 이고르 노비코프에 따르면 지난 수십 년간 진지한 수학자나 물리학자들은 시간여행이 가능하다고 말할 용기가 없었다고 한다.

그 동안 시간여행의 모순(paradox)에 대해서는 많은 해법이 제기되어 왔다. 우주 자체가 이런 모순을 발생할 수는 없다는 이론도 있다. 과거의 할아버지를 살해하려 해도 그렇게 할 수 없다는 것이다. 마음을 바꿔 먹거나 총을 겨눠도 불발이 된다는 것이다. 이러한 개념은 자유의지의 존재에 대해 중요한 함축적 의미를 갖고 있다. 모순 같은 것은 없다는 이론도 있다. 모든 문제는 모순없이 수학적으로 해결된다는 것이다.



하지만 이러한 모순에 대해 옥스퍼드대 이론 물리학자인 데이비드 더쉬는 반박한다. 그는 할아버지를 살해하는 모순의 폭력적 측면을 싫어한다. 그는 “이 모순은 사람들이 보다 재미있는 극적 구성을 위해 이야기에 첨가한 인간적 갈등 문제로 복잡해진 경우”라고 말한다. 대신 그는 좀 더 순화된 모순을 만들어냈다.
그가 한 실험에서는 한 사람이 타임머신을 보면서 또 다른 자기 자신이 특정한 날, 이를테면 화요일에 나타나는지 확인한다.

만약 나타나지 않으면 수요일에 하루를 거슬러 시간여행을 해서 전에는 자신이 나타나지 않았던 바로 그 화요일에 타임머신에서 나타난다. 이 실험은 역으로도 가능하다. 이 반대의 시나리오에서 만약 그가 화요일에 나타나면 수요일까지 기다렸다가 타임머신에 들어가지 않으면 된다. 어떤 경우든 모순은 발생한다. 시간여행객은 화요일에 존재하면서 동시에 존재하지 않는 것이다. 이 현상은 양자 수준에서 입자들이 보여주는 일부 특이한 특성들을 떠올리게 한다.

사실 더쉬는 이 모순을 설명하기 위해 양자역학을 끌어들였다. 더쉬의 다중 우주 이론에 따르면 각 양자의 움직임으로 인해 여러 우주가 중첩되어 생성된다고 한다. 예를 들어 두 개의 아원자 입자가 충돌되면 두 입자들 중 하나는 왼쪽이나 오른쪽 어느 곳으로도 가지 않고 바로 한 우주로 들어가 다중 우주라는 곳에서 곧 이어 생성되는 또 다른 우주에 남게 된다. 더쉬의 실험에서는 실험자가 되돌아오지 않은 실험실이 한 우주에 있고, 실험자가 돌아온 실험실은 또 다른 우주에 있게 되는 것이다. 이로써 모순은 해결된다.

어떤 경우든 특수 상대성 이론이 나온 지 100년이 지난 지금 시간여행은 이론적으로 가능하고, 인류가 발달한 문명을 누릴 미래에도 마찬가지일 것이다. 그러므로 문제는 바로 언제쯤 이 이론을 시험해 볼 타임머신이 가능해질 것인가 하는 점이다. 웜홀을 이용하는 방법은 광속에 근접한 여행이라든가 반중력(antigravity) 등과 같은 요소들을 포함하고 있기 때문에 별로 가능성이 없어 보인다. 하지만 폴 데이비스는 희망을 갖고 있다.

우선 이러한 모순을 시험해 보기 위해 시간을 거슬러 인간을 보내는 대신 입자(粒子)를 보내는 일부터 시작할 수 있을 것이라고 그는 말한다. 중력의 성질에 관한 최근 이론들에 의하면 차세대 입자가속기로 얻을 수 있을 정도의 에너지로 시공간을 변형시키는 게 가능할 수도 있을 것이라고 한다. 만약 그렇다면 우리는 몇 년이 아니라 100년과 같은 구체적인 시간에 대해 얘기를 하고 있는 셈이다.

상대적으로 쉬워진 시간여행?
시간여행을 하고 싶다면 우선 시간을 조절하고, 우리 마음대로 계획에 따라 바꿀 수 있어야 한다. 이것은 아인슈타인의 상대성이론을 통해서만 가능하다. 공간을 불변의 구조로 그리는 대신 천재적인 아인슈타인은 공간과 시간이 하나의 유연한 구조인 시공(時空)이라는 방식으로 서로 얽혀 있음을 깨달았다. 공간과 시간은 둘 다 변형이 가능한데, 때로는 극단적인 변형도 할 수 있다. 시간여행에 필요한 것은 다만 이러한 뒤틀림을 이용해 출발한 시점보다 이전, 혹은 훨씬 이후에 끝나는 시간으로의 통로를 만들어내는 것이다.

다음은 그 작동 원리. 시공간을 팽팽한 고무판이라고 생각해 보자. 볼링 공처럼 무거운 무엇인가가 중심에 떨어질 경우를 제외하고는 이 판은 외관상 고르고 평평하다. 공에 의한 별도의 하중이 가해지면 주변 면이 휘어지는데, 공에 가까운 부분일수록 더 심하게 휘어진다.

우리가 별을 향해 서 있는 위치에 해당하는 공 주변의 공간은 휘어져 있기 때문에 다른 물체들은 이곳으로 끌려들어오게 된다. 이 효과를 바로 중력이라고 한다. 하지만 공간뿐만 아니라 시간도 별에 의해 휘어짐을 기억해야 한다. 이러한 뒤틀림이 바로 물리적으로 가능한 모든 시간여행 시나리오의 토대가 된다. 우주 공간을 광속에 가까운 빠른 속도를 여행할 경우에도 시간 왜곡 현상이 발생한다. 이 두 가지 효과를 교묘하게 이용함으로써 물리학자들은 힘들기는 하지만 블랙홀과 웜홀, 우주끈과 같은 멋진 대상들을 사용해 실현 가능한 시간여행 시나리오들을 고안해 냈다.

시간여행의 물리학 시작은 블랙홀로부터...
시간여행의 물리적 가능성은 공군의 전투지침인 ‘캐치-22’ 와 같다. 시간여행에 필요한 뒤틀린 시공간에 둘러싸인 물체는 어떤 것이든 필연적으로 극도의 위험한 상태에 놓여 대소용돌이가 결국은 무모한 여행객을 산산조각을 낸다. 그래서 물리학자들은 노력 끝에 급작스런 죽음과 같은 끔찍한 부작용이 없으면서 이론적으로 수용 가능한 타임머신을 만들어 냈다. 이들의 출발점은 바로 블랙홀이었다.

블랙홀은 잘 알려져 있듯이 빛을 비롯한 주변의 모든 물질을 끌어들인 후 절대로 다시 방출하지 않는다. 블랙홀에는 다른 특성들도 있는데, 시공간 근처에서 휘어지기도 한다는 것이다. 블랙홀은 밀도가 무한대여서 시공간의 구조를 파괴점으로 끌어들이기 때문에 바닥의 작은 틈으로 끝이 나는 깊은 원추형 구멍을 형성한다.

많은 사람들은 이 구멍의 다른 쪽에 무엇이 있을지 궁금해했다. 그런데 1935년 아인슈타인과 그의 동료인 나탄 로젠은 블랙홀에 있는 이 작은 구멍이 또 다른 블랙홀의 작은 구멍으로 연결되어 있어서 좁은 통로나 목(throat)을 통해 서로 다른 두 부분의 시공간을 결합하는 시나리오를 생각해냈다. 당시 ‘아인슈타인-로젠 브리지’라고 불리었던 이 모델은 한 블랙홀이 마치 거울에 반사된 이미지에 부착되어 있는 것처럼 보인다. 이 브리지는 한 블랙홀로부터 다른 블랙홀에 이르는 일종의 문 역할을 하는 것으로 오늘날의 웜홀(wormholes)로 알려져 있다. 그러한 관문은 이론상 시공간을 관통하는 지름길을 생성할 수 있기 때문에 시간여행자가 수백만 년을 거슬러 올라가는데 반드시 필요한 것이다.

웜홀의 변형...
웜홀의 한계는 두 블랙홀 사이에 형성된 통로가 극히 미세해 원자 한 개보다도 작고, 찰나(刹那)와 같은 짧은 시간 동안만 열려있다는 점이다. 가장 빠른 빛조차도 이곳을 통과할 만한 시간이 충분치 않다. 게다가 아무리 우주선이 견고하다 하더라도 시간여행객은 반드시 블랙홀의 엄청난 중력에 의해 산산조각 나게 된다. 이러한 이유 때문에 ‘아인슈타인-로젠 브리지’는 수년 동안 오묘한 기하학적 대상으로 여겨졌을 뿐 소설에 등장하는 시간여행자에게조차도 쓸모가 없는 이론에 머물렀다. 아인슈타인의 방정식 상에는 웜홀을 그려 났지만 실제 우주는 그렇지 못하다. 하지만 1980년대에 칼텍의 한 물리학자가 웜홀을 타임머신으로 이용하는 아이디어를 내자 상황이 바뀌었다.

아인슈타인과 로젠이 시공간 지름길의 설계자라면 칼텍의 킵 손은 구조 기술자라고 할 수 있다. 아인슈타인과 로젠이 남겨놓은 개략적인 스케치로 시작해 킵 손은 정확한 수학적 용어로 실제 작동 가능한 타임머신의 물리적 조건들을 기술해 냈다. 물론 손의 시간 관문을 만들어 내려면 최소한 몇 백년 이후에나 가능할지 모른다. 하지만 그의 작업은 시간여행이 최소한 이론상으로는 가능함을 입증했다.

손의 이론은 탐사자가 통과할 정도로 긴 웜홀 내의 통로 혹은 목을 열어 둘 방법을 찾아내는 것이었다. 사실 아무리 강한 물질이라도 시공간의 붕괴에는 견뎌낼 수 없다. 손은 블랙홀의 압력을 상쇄시킬 수 있는 물질이 필요했다. 반(反)중력이 필요했던 것이다.

보통 물질들처럼 주변의 공간을 끌어당기는 대신 반중력이나 음의 에너지는 주변 공간을 밀쳐낸다. 이론상으로는 반중력을 웜홀의 목에 위치시켜 우주비행사나 우주선까지도 통과할 수 있을 넓이로 열어 둘 수 있다. 그러나 문제는 반중력을 찾아내는 일이다. 아인슈타인은 1915년에 처음으로 우주 차원에서의 반중력의 존재를 주장했는데 그의 주장은 80년 후 사실로 입증되었다. 하지만 아인슈타인의 반중력은 극히 드물고도 희박해 마치 태평양에 풀어놓은 한 숟가락의 설탕과 같다.

웜홀을 열려면 반중력의 규칙적인 흐름이 필요하다. 집중된 반중력 형성에는 ‘캐시미어(Casimir)’ 효과라는 것이 작용하고 있다고 알려져 있다. 양자역학상의 쿼크 때문에 머리 카락 한 가닥 간격으로 떼어놓은 평평한 두 금속판에서는 미량의 음 에너지가 발생된다. 이 에너지를 수배로 증폭해 사용하면 원리상 통과 가능한 웜홀을 생성할 수 있다. 한편 간격을 넓히면 주변 중력의 세기가 희박해져 시간여행객이 산산조각 나는 것을 막을 수 있다.

일단 반중력 구조물이 관문을 열어 두게 되면 이곳을 통과한 여행객은 먼 곳에 나타나게 된다. 하지만 시간여행객들은 지리적으로 아주 멀리 가버리는 것이 아닌 잠시 여행하고 되돌아오는 것을 원하기 마련. 그래서 손의 다음 단계의 이론은 웜홀의 양쪽에서 두 지역 간의 시간대를 다르게 하는(desynchronize) 것이었다.

이를 위해 그는 아인슈타인의 오래 된 이론을 적용했다. 아인슈타인 특수 상대성 이론의 결론은 빠르게 움직이는 물체에 대해 시간은 느리게 흐른다는 것이었는데 손은 이 원리를 웜홀을 형성하고 있는 두 블랙홀 중 한 곳에 적용했다. 두 블랙홀 중 하나를 음 에너지의 공간 안에 가둔 후, 광속에 근접한 속도로 이 블랙홀을 우주에서 잡아 돌린다고 상상해 보자. 웜홀의 한쪽 끝에 해당하는 이 블랙홀은 웜홀의 정지되어 있는 다른 쪽 끝보다 시간이 천천히 가게 된다. 시간이 지나면서 이 두 블랙홀들은 시간대가 달라지게 되어 두 물체가 웜홀을 통해 연결돼 있지만 서로 다른 시대에 존재하게 된다. 웜홀의 정지된 끝 쪽으로 들어선 탐사자는 움직이는 쪽 끝으로 나오면서 출발한 시점보다 수 년 이전에 도달함으로써 웜홀은 진정한 타임머신이 되는 것이다.