시간의 물리학

저자의 말 아홉 뮤즈에 관한 고찰
서론 시간여행은 ‘그저 SF에서나 가능한’ 공상이 아니다
1단계 시간과 공간은 유연한 시공간을 구성한다
2단계 시간의 화살은 가리키기는 해도 움직이지는 않는다
3단계 빛보다 빨라지면 시간을 거슬러 오른다
4단계 빛은 빛보다 빠르게 움직일 수 있다
5단계 회전하는 원통과 전역 인과율 위반 가능성
6단계 초보자를 위한 시간 터널 효과
7단계 앞으로 존재할 모든 것은 실제로 존재한다
8단계 시간을 옆으로 이동하기
9단계 고찰 패러독스를 회피하는 방법
에필로그 뒤돌아보지 말라
감사의 말
옮긴이 후기
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이미지 출처

시간팽창 효과는 수많은 SF의 기반이 되었고, 미래를 향한 일방통행식 시간여행의 수단으로 주목을 받았다. …… 그러나 시간팽창 효과는 ‘그저 SF’가 아니다. 스위스 제네바의 유럽입자물리연구소(CERN)에 있는 가속기나 캘리포니아의 길이 3킬로미터에 달하는 스탠포드 선형가속기(SLAC) 같은 대형 입자가속기가 수명이 짧은 소립자들을 대상으로 수행한 연구에서 시간여행과 가장 밀접하게 관련된 실험 결과들이 나왔다. …… 어떤 의미에서는 미래로 짧은 시간여행을 했다고나 할까. 정지 프레임에서의 수명이 1000만 분의 1초인 입자의 경우, 광속의 13분의 12에 달하는 속도로 움직인다면 붕괴하기 전까지 30미터에 조금 못 미치는 거리를 이동할 수 있다. 그러나 시간팽창 효과 때문에 그 입자는 그보다 2.6배 더 긴 거리, 그러니까 70미터를 조금 넘는 거리를 이동한다. ─〈1단계: 시간과 공간은 유연한 시공간을 구성한다〉

운동은 공간을 수축시키고 시간을 팽창하게 한다. 4차원 시공간에서 중요한 것은 이 둘의 조합인데, 이는 연장(extension)이라고 불린다. 어떤 물체의 연장은 그것이 어떤 식으로 움직이든 불변한다. 시간과 공간은 개별적으로 왜곡되더라도 말이다. 손에 쥔 막대기를 벽 앞에서 이리저리 움직일 경우, 벽에 비치는 막대기 그림자의 모양이 변해도 막대기의 실제 길이는 변하지 않는 것과 비슷한 이치다. 같은 맥락에서, 시간팽창과 길이수축은 시공간에서 이리저리 움직이는 연장이 시간과 공간에 떨어뜨리는 그림자라고 할 수 있다. (민코프스키의 말을 떠올려보라!) ─〈1단계: 시간과 공간은 유연한 시공간을 구성한다〉