시간은 왜 앞으로만 흐를까? 중국 연구팀, 100년 난제에 양자적 해답 제시

시간을 되돌려 깨진 달걀을 합치거나 젊어질 수 없는 이유는 무엇일까? 중국 과학자들이 물리학계의 100년 넘은 수수께끼, '시간의 화살'에 대한 새로운 설명을 제시했다. 이들의 연구는 시간 여행이 왜 불가능한지에 대한 근본적인 답을 양자 수준에서 찾고 있다.

중국 하이난대학교의 물리학자 차이 칭위(Cai Qingyu)가 이끄는 연구팀은 이달 동료 심사를 거치는 학술지 '물리학 연보(Annals of Physics)'에 새로운 이론을 발표했다. 연구팀에 따르면, 시간의 단방향성은 관측이나 외부 교란 같은 외부 요인 없이, 양자 입자들이 서로 얽히고 연결되는 과정 자체에서 자연스럽게 발생한다.

엔트로피를 넘어선 양자적 관점

시간의 방향성에 대한 기존의 가장 유력한 설명은 1800년대 후반 오스트리아 물리학자 루트비히 볼츠만(Ludwig Boltzmann)이 제안한 엔트로피(entropy) 개념에 기반한다. 엔트로피는 고립된 시스템이 질서 있는 상태에서 무질서한 상태로 향하려는 경향을 의미하며, 이것이 시간의 흐름을 만든다고 설명했다. 하지만 차이 칭위 팀의 이론은 여기서 한 걸음 더 나아간다.

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연구팀의 프레임워크는 미시 물리학의 구조 자체에 내재된 양자적 상호 연결 과정에서 시간의 화살이 자연스럽게 나타난다고 주장한다. 이는 외부 관찰자의 존재 여부와 무관하게 시간의 방향성이 결정될 수 있음을 시사하는 것으로, 기존 이론들과 차별화되는 지점이다.

이론 물리학의 새로운 지평

이번 연구는 영화 '백 투 더 퓨처'와 같은 대중문화 속 상상력과는 달리, 과거로의 시간 여행이 물리 법칙의 근본적인 수준에서 불가능한 이유를 보여준다. 만약 이 이론이 검증된다면, 이는 시간의 본질에 대한 우리의 이해를 근본적으로 바꿀 수 있다. 또한 양자 컴퓨팅이나 정보 이론과 같은 다른 분야에도 중요한 영향을 미칠 수 있을 것으로 보인다.