시간 여행

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1. 개요
2. 시간 여행의 역사
- 2.1. 신화와 전설 속 시간 여행
- 2.2. 초기 과학 소설과 시간 여행
3. 시간 여행의 물리학적 가능성
4. 시간 여행의 철학적 문제와 역설
5. 대중 매체 속 시간 여행
참조

1. 개요

시간 여행은 과거 또는 미래로의 이동을 의미하며, 다양한 신화, 철학, 과학, 대중 매체에서 다루어지는 흥미로운 주제이다. 고대 신화에서 시간 여행의 묘사를 찾아볼 수 있으며, 18세기부터 SF 소설에서 주요 소재로 활용되었다. 물리학적으로는 특수 및 일반 상대성 이론이 시간 여행의 가능성을 제시하지만, 인과 관계의 문제와 같은 역설을 야기할 수 있다. 철학적으로 시간의 본질, 시간 여행의 역설과 해결 방안에 대한 논의가 이루어지며, 다중 우주 해석과 같은 개념이 제시되기도 한다. 대중 매체에서는 타임머신, 초능력 등을 통해 시간 여행을 구현하며, 과거 변경에 따른 타임 패러독스를 주요 갈등 요소로 활용한 작품이 많다.

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시간 여행

2. 시간 여행의 역사

시간 여행의 개념은 과학적인 관점에서 여러 문제점이 지적되며,^[102] 현재 과학 기술로는 실현 불가능하다고 여겨진다. 그러나 시간 여행은 SF나 판타지 분야에서 흔히 사용되는 설정으로, 국내외에서 많은 작품이 발표되었다.

시간 여행을 다룬 초기 작품으로는 마크 트웨인의 "아서 왕 궁정의 코네티컷 양키"나, 새뮤얼 매든의 "20세기의 회고" 등이 있다. 이러한 작품들은 산업 혁명 이후 과학 기술 발전과 함께 등장한 SF 장르가 시간 여행을 이야기의 주요 소재로 채택하는 배경이 되었다.

이론 물리학 등에서는 상대성 이론의 시간 지연과 같이 시간 여행의 가능성을 제시하기도 하지만, 이는 반쯤 공상적이고 사고 실험적인 "재미있는 오락 연구 대상"으로 취급되기도 한다.^[102]

시간 여행을 다룬 이야기에는 몇 가지 유형이 있다.

; A. 수단에 따른 유형

타임머신을 이용하는 방식: 엔리케 가스파르 이 림바우의 1887년 작품 《시간 역행자》에서 처음 등장했으며, 1895년 허버트 조지 웰스의 《타임 머신》을 통해 널리 알려졌다.
등장인물의 강한 소망이나 초능력을 이용하는 방식.
천재지변으로 인해 수동적으로 발생하는 방식: '타임 슬립'이나 '타임 퀘이크(시진)' 등으로 불리기도 한다.
특정 게이트(문)를 통해 서로 다른 시간으로 이동하는 방식.

; B. 주인공의 의도와의 관계에 따른 유형

목적지를 정하고 의도적으로 시간 여행을 하는 경우.
시간 여행의 시대를 제어할 수 없거나 알 수 없는 경우.
불측의 사태로 시간 여행을 하게 되고, 거기서 이야기가 시작되는 경우.
결말에 이르러서야 시간 여행이 복선으로 밝혀지는 경우.

시간 여행물의 최초 작품에 대해서는 명확히 정의되지 않았지만, 고대 신화나 우화에도 미래로 시간 여행하는 이야기가 포함되어 있다. 힌두교 신화 『마하바라타』^[103], 불교 경전 『팔리 경전』, 일본 옛날이야기 "우라시마 타로", 중국 옛날이야기 "란커", 아일랜드 신화 『티르 나 노그』, 이슬람교 성전 『코란』 등에는 오랜 시간이 흐른 뒤의 세계를 경험하는 이야기가 등장한다.^[104]

미국에서는 립 반 윙클(1820년 출판)이나 에드워드 벨라미의 "되돌아보면(Looking backward)"(1888년 출판)과 같이 오랫동안 잠들어 미래로 가는 이야기가 등장했다.

새뮤얼 매든의 『20세기 회상』 ''Memoirs of the Twentieth Century'' (1733년)은 1997년과 1998년에 작성된 것으로 설정된 서신들을 통해 이야기가 전개되는데, 이 서신들은 1728년에 화자의 수호천사로부터 받은 문서라는 설정이다.^[108]

어거스트 더레쓰는 1838년 더블린 리터러리 매거진에 게재된 『실종된 마차: 시대착오』 ''Missing One's Coach: An Anachronism'' 를 최초의 시간 여행 작품으로 정의했다.^[110]

찰스 디킨스의 1843년 소설 『크리스마스 캐롤』은 주인공 스크루지가 과거, 현재, 미래의 크리스마스를 방문하는 내용을 담고 있어, 시간 여행을 그린 초기 작품으로 여겨지기도 한다.^[112]

1861년 출판된 피에르 부아타르의 『인류 이전의 파리』 ''Paris avant les hommes'' 에서는 주인공이 선사 시대로 이동하여 플레시오사우루스 등과 상호작용하는 내용이 등장한다.^[113]

1881년 선 지에 게재된 에드워드 페이지 미첼의 단편 『거꾸로 가는 시계』 ''The Clock That Went Backward'' 는 가젯을 사용한 초기 시간 여행 작품이다.

마크 트웨인의 『아서 왕 궁정의 코네티컷 양키』(1889년)는 시간 여행자의 행동으로 역사가 바뀌는 것을 다룬 초기 작품 중 하나이다.

웰스의 『타임머신』 이후, SF 작품에서는 미래뿐만 아니라 과거로의 시간 여행도 다루어졌다. 미래로의 시간 여행은 비관적인 미래 사회를 묘사하는 경우가 많은데, 이는 현대 사회의 문제점을 미래에 투영하여 보여주려는 작가의 의도가 반영된 것이다.

과거로의 시간 여행은 '''타임 패러독스'''를 통해 역사가 바뀌었을 때의 위기나 현대의 비관적 상황을 타개하는 이야기가 많이 그려진다. 또한, 과거를 다시 체험하거나 엿보고 싶어하는 독자들의 향수를 자극하는 내용도 많으며, 역사 소설적인 측면을 갖는 경우도 있다.

2. 1. 신화와 전설 속 시간 여행

몇몇 고대 신화는 시간 여행을 하는 인물을 묘사한다. 힌두 신화의 ''비슈누 푸라나''는 창조신 브라흐마를 만나기 위해 천국으로 여행을 갔다가 지구로 돌아왔을 때 많은 시간이 흘렀다는 것을 알고 놀라는 라아바타 카쿠드미 왕의 이야기를 언급한다.^[2]^[3] 불교 팔리 경전은 시간의 상대성을 언급한다. 파야시 수타는 고타마 붓다의 주요 제자 중 한 명인 쿠마라 마하카샤파가 회의론자 파야시에게 천국의 시간은 지구와 다르게 흐른다고 설명하는 이야기를 들려준다.^[4] 만요슈에 처음 묘사된 일본 설화 "우라시마 타로"^[5]는 우라시마노코(浦嶋子^일본어)라는 젊은 어부가 해저 궁전을 방문하는 이야기를 들려준다. 3일 후 그는 고향 마을로 돌아와 자신이 300년 후의 미래에 와 있으며, 그를 기억하는 사람은 없고, 그의 집은 폐허가 되었으며, 가족은 모두 죽었다는 것을 알게 된다.^[6]

유대교의 한 이야기는 기원전 1세기의 기적을 행하는 현자인 호니 하메아겔에 관한 것이다. 호니는 어느 날 여행을 하던 중 한 남자가 캐럽 나무를 심는 것을 보고 그 이유를 물었다. 남자는 그 나무가 열매를 맺기까지 70년이 걸리며, 자신을 위해서가 아니라 후손들을 위해 심는 것이라고 설명했다. 그날 늦게, 호니는 쉬기 위해 앉았지만 70년 동안 잠이 들었다. 그가 깨어났을 때, 그는 완전히 자란 캐럽 나무에서 열매를 따는 한 남자를 보았다. 그 나무를 심었는지 묻자, 남자는 자신이 심은 것이 아니라 할아버지가 자신을 위해 심었다고 대답했다.^[7]^[8]

기독교 전통에는 비슷한 이야기인 "에페소스의 일곱 잠자는 성인"이 있는데, 이는 로마 황제 데키우스의 통치 기간 동안 기독교 박해를 피해 서기 250년경 동굴에 숨어든 초기 기독교인들의 이야기를 전한다. 그들은 잠이 들었고 약 200년 후 테오도시우스 2세의 통치 기간에 깨어났는데, 제국이 기독교화되었음을 발견했다.^[9]^[10] 이 기독교 이야기는 이슬람교에 의해 언급되었으며, 꾸란의 수라인 알-카흐프에 등장한다.^[11] 이 버전은 박해를 피해 동굴에서 탈출하여 수백 년 후에 나타난 젊은 일신교 신자들의 이야기를 담고 있으며, 신성한 보호와 시간 정지를 묘사한다.^[12]^[13]^[14]

이슬람 전통의 또 다른 유사한 이야기는 우자이르(일반적으로 성경의 에즈라와 동일시됨)에 관한 것이다. 그는 바빌론에 의한 예루살렘 파괴에 대한 슬픔이 너무 커서 신이 그의 영혼을 데려갔다가 예루살렘이 재건된 후 그를 다시 살아나게 했다. 그는 부활한 당나귀를 타고 고향으로 들어갔으나, 사람들은 그를 알아보지 못했고, 늙고 눈먼 하녀를 제외한 가족도 알아보지 못했다. 그는 신에게 그녀의 눈을 고쳐달라고 기도했고 그녀는 다시 볼 수 있었다. 그는 어깨 사이의 점으로 그를 알아본 아들을 만났는데, 그는 그보다 나이가 많았다.^[15]^[16]

2. 2. 초기 과학 소설과 시간 여행

SF 소설에서 시간 여행은 초기의 여러 작품에서 나타난다. 루이-세바스티앙 메르시에의 ''2440년''(1770), 워싱턴 어빙의 ''립 밴 윙클''(1819), 에드워드 벨라미의 ''뒤돌아보며''(1888), 그리고 H. G. 웰스의 ''잠자는 자가 깨어날 때''(1899)와 같은 작품들은 수년 동안 잠들었다가 변화된 사회에서 깨어나거나 초자연적인 수단을 통해 과거로 이동하는 인물들을 묘사한다. 이들 작품에서 연장된 수면은 시간 여행의 수단으로 사용되었다.^[21]

시간을 거슬러 여행하는 것에 대한 초기 작품이 언제인지는 명확하지 않다. 동월의 중국 소설 ''서유기 보충''에서는 주인공 손오공이 마법 거울과 옥문을 통해 과거와 미래로 시간 여행을 한다.^[22] 새뮤얼 매든의 ''20세기의 회고록''(1733)은 1997년과 1998년 영국 대사가 과거 외교관에게 보낸 편지들을 통해 미래의 정치적, 종교적 상황을 전달한다.^[23]

스크루지가 과거의 크리스마스 유령에 의해 보여진 환상 속에서 미스터와 미세스 페지위그가 춤을 춘다.

찰스 디킨스의 ''크리스마스 캐럴''(1843)은 주인공 스크루지가 과거와 미래의 크리스마스로 이동하는 신비로운 시간 여행을 묘사한다.^[27] 피에르 보타르의 ''Paris avant les hommes''(파리는 인간 이전, 1861)에서는 주인공이 선사 시대로 이동하여 고대 생물과 상호 작용한다.^[28] 에드워드 에버렛 헤일의 "Hands Off"(1881)는 요셉의 노예화를 막는 이야기로, 시간 여행으로 만들어진 대체 역사를 다룬다.^[30]

에드워드 페이지 미첼이 쓴 "거꾸로 가는 시계"(1881)는 기계를 사용한 시간 여행을 묘사한 초기 작품 중 하나이다.^[31] 엔리케 가스파르 이 림바우의 ''엘 아나크로노페테''(1887)는 시간을 여행하는 장치를 처음으로 묘사한 이야기일 수 있다.^[32]^[33] H. G. 웰스의 ''타임머신''(1895)은 기계적 수단을 이용한 시간 여행 개념을 대중화했다.^[35]

3. 시간 여행의 물리학적 가능성

특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론은 시공간의 기하학, 또는 공간에서의 특정 움직임을 통해 시간 여행의 가능성을 제시한다.^[36] 물리학자들은 닫힌 시간꼴 곡선을 통해 물체가 자신의 과거로 돌아가는 가능성에 대해 논의한다. 괴델 시공간처럼 닫힌 시간꼴 곡선을 포함하는 해가 일반 상대성 이론에 존재하지만, 그 물리적 타당성은 불확실하다.

초광속 여행을 허용하는 특정 일반 상대성 이론 시공간 기하학에서는 과거로의 시간 여행이 이론적으로 가능하다. 우주 끈, 통과 가능한 웜홀, 알쿠비에르 드라이브 등이 그 예시이다.^[38]^[39] 일반 상대성 이론은 특정 시나리오에서 시간 여행 가능성을 제시하지만, 반고전 중력 논거는 양자역학 효과가 통합되면 이러한 가능성이 사라질 수 있음을 시사한다.^[40] 스티븐 호킹은 연대기 보호 가설을 통해 자연 법칙이 시간 여행을 막는다고 주장했다.^[41] 그러나 양자 중력 이론 없이는 이 문제에 대한 최종 판단이 불가능하다.^[42]^[43]

웜홀을 이용한 시간 여행 방법과 우주끈을 이용한 시간여행 방법은 다음과 같다.

웜홀을 이용한 시간 여행 방법:

1. 2009년에 출입구 A와 B를 가진 웜홀을 준비한다.

2. 출입구 B를 아광속(광속에 가까운 속도)으로 이동시킨다.

3. 출입구 B를 다시 출입구 A 근처로 가져오면, 출입구 B의 시간이 느려진다. (예: A는 2015년, B는 2010년)

4. 2015년인 출입구 A로 들어가 2010년의 출입구 B로 나오면 과거로 시간 여행이 가능하다.

우주끈을 이용한 시간 여행 방법:

1. 우주선을 타고 지구를 출발하여 목적지 행성 X를 정한다. (행성 X는 가상의 행성이다)

2. 지구에서 직선 경로 대신, 광속으로 이동하는 우주끈 A 옆을 돌아가는 경로를 택한다. 이 경로는 공간이 떼어져 있어 더 짧다.

3. 우주선은 이 경로를 통해 아광속으로 행성 X로 간다. 지구에서 행성 X로 직진하는 빛보다 빨리 도착할 수 있다.

4. 행성 X에서 지구를 보면, 아직 출발 전의 우주선이 보인다.

5. 또 다른 우주끈 B 옆을 돌아 지구로 오면, 출발하려는 우주선을 만나게 된다. 즉, 과거로 도착한다.

중력이 강하면 모든 것의 시간이 느리게 흐른다(중력 시간 지연). 중력이 매우 큰 행성이나, 큰 질량을 가진 물체 근처의 우주 공간에서 시간을 보내고 다시 지구로 돌아오면, 지구와 지구의 모든 것보다 자신의 시간이 느리게 흘렀으므로, 미래로 시간 여행을 한 것이고, 지구는 과거로 시간 여행을 했다고 볼 수 있다.

양자 순간이동, EPR 역설, 양자 얽힘 등 양자역학적 현상은 초광속 통신이나 시간 여행을 허용하는 듯 보이지만, 비통신 정리는 양자 얽힘을 이용해 고전적 신호보다 빠르게 정보를 전송할 수 없음을 증명한다.^[58]

3. 1. 특수 상대성 이론과 시간 지연

특수 상대성 이론에 따르면, 광속에 가까운 속도로 움직이는 물체는 시간이 느리게 가는 현상, 즉 '시간 지연'(시간 팽창)을 경험한다. 이 현상은 다음 방정식으로 설명된다.^[74]

T_{v} = \frac{T_{0}}{\sqrt {1- \frac {v^2}{c^2}}}

$T_{v}$ : 시간 여행자의 탈것 안에 있는 시계로 측정한 시간
$T_{0}$ : 정지 상태에서의 시간
$v$ : 시간 여행자의 속력
$c$ : 광속(299,792,458m/s)

이 방정식에 따르면, 물체의 속력이 광속에 가까워질수록 시간 지연 효과는 커진다. 만약 물체가 광속으로 움직인다면 시간은 정지하며, 이론적으로 초광속으로 움직이면 시간을 거슬러 올라갈 수 있다고 생각할 수 있다. 하지만, 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면 초광속은 물리학적으로 불가능하다.^[74]

횡단 시간 팽창. 파란색 점은 빛의 펄스를 나타낸다. 빛이 그 사이를 "반사"하는 각 쌍의 점은 시계이다. 각 시계 그룹에 대해 다른 그룹은 더 느리게 째깍거리는 것처럼 보인다. 움직이는 시계의 빛 펄스가 고정된 시계의 빛 펄스보다 더 먼 거리를 이동해야 하기 때문이다. 즉, 시계가 동일하고 상대 운동이 완벽하게 상호적임에도 불구하고 그렇다.

특수 상대성 이론의 시간 팽창은 여러 실험을 통해 증명되었다.^[74] 예를 들어, 대기 중 뮤온 붕괴 관찰이 대표적이다.^[78]^[79]^[80] 상대성 이론에 따르면 광속은 모든 관찰자에게 불변하며, 시간 팽창은 이러한 광속 불변성의 직접적인 결과이다.^[80]

시간 팽창을 이용하면 제한적인 의미에서 '미래로의 시간 여행'이 가능하다. 즉, 매우 빠른 속도로 움직이거나 강한 중력장에 머무르면 자신의 고유 시간은 느리게 흐르는 반면, 외부 세계의 시간은 빠르게 흘러가는 현상을 경험할 수 있다.^[81]

서로 상대적으로 등속 운동하는 두 시계는 각자 상대방의 시계가 느리게 간다고 측정한다. 이는 동시성의 상대성 때문이다. 그러나 한 시계가 가속하면 대칭이 깨져 시간 지연의 차이가 발생한다. 쌍둥이 역설은 이러한 현상을 보여주는 사고 실험이다. 지구에 남은 쌍둥이보다 상대론적 속도로 우주여행을 하고 돌아온 쌍둥이가 덜 늙는다는 것이 그 내용이다. 일반 상대성 이론은 가속과 중력의 효과를 동등하게 취급하며, 중력 우물에서도 시간 팽창이 발생하여 우물 깊숙한 곳의 시계가 더 느리게 간다는 것을 보여준다. 이 효과는 GPS 위성의 시계 보정에 고려되며, 블랙홀과 같은 강한 중력장 주변에서는 시간 지연 효과가 더욱 커진다.^[39]

이러한 원리를 이용한 타임머신은 이론적으로 가능하다. 예를 들어, 지름 5미터에 목성 질량을 가진 구형 껍질의 중심에 있는 사람은 외부 관찰자보다 시간이 4배 느리게 간다. 그러나 이러한 극단적인 밀도의 물체를 만드는 것은 현재 인류의 기술로는 불가능하다.^[39] 현재 기술로는 인간이 수백 일 동안 우주여행을 해도 지구에 있는 사람보다 몇 밀리초 정도 덜 늙게 하는 것이 고작이다.^[82]

3. 2. 일반 상대성 이론과 시간 여행

일반 상대성 이론은 장 방정식 체계 하에서 우주를 묘사하며, 이 방정식은 시공간의 계량 또는 거리 함수를 결정한다. 이 방정식에는 자기 자신과 교차하는 세계선인 닫힌 시간꼴 곡선을 포함하는 정확한 해가 존재한다. 세계선의 인과적 미래의 일부 지점은 또한 그 인과적 과거에 있으며, 이는 시간 여행으로 묘사될 수 있는 상황이다.^[36] 이러한 해는 쿠르트 괴델에 의해 처음 제안되었으며, 이는 괴델 계량으로 알려진 해이다. 하지만 그의 해(그리고 다른 이들의 해)는 우주가 회전과 허블 팽창의 부재와 같이 실제로 갖지 않는 물리적 특성을 가져야 한다.^[36] 일반 상대성 이론이 모든 현실적인 조건에서 닫힌 시간꼴 곡선을 금지하는지 여부는 여전히 연구 중이다.^[44]

웜홀은 일반 상대성 이론의 아인슈타인 방정식에 의해 허용되는 가상적인 시공간의 뒤틀림이다.^[45] 통과 가능한 웜홀을 사용하는 가설적인 시간 여행 기계는 다음과 같은 방식으로 작동할 것이다. 웜홀의 한쪽 끝을 어떤 진보된 추진 시스템으로 빛의 속도의 상당한 비율로 가속한 다음, 발원 지점으로 되돌린다. 또는 웜홀의 입구 하나를 다른 입구보다 더 높은 중력을 가진 물체의 중력장에 이동시킨 다음 다른 입구 근처의 위치로 되돌리는 방법도 있다. 이 두 가지 방법 모두에서 시간 지연은 웜홀의 이동된 끝이 외부 관찰자에게 보이는 것처럼 정지된 끝보다 덜 노화되었거나 "젊어졌다"는 것을 야기한다. 그러나 시간은 웜홀 ''내부''에서는 ''외부''와는 다르게 연결되므로, 웜홀을 통과하는 관찰자에게는 웜홀의 양쪽 끝에 있는 동기화된 시계가 두 끝이 어떻게 움직이든 항상 동기화된 상태로 유지된다.^[36] 이는 "젊은" 끝으로 들어가는 관찰자가 외부 관찰자에게 보이는 것처럼 효과적으로 과거로 돌아가, "젊은" 끝과 같은 시점에 "늙은" 끝에서 나올 것이라는 의미이다. 이러한 시간 기계의 한 가지 중요한 제약은 기계의 최초 생성만큼 과거로만 갈 수 있다는 것이다.^[36] 본질적으로 시간 속에서 움직이는 장치라기보다는 시간을 통과하는 경로에 더 가깝고, 기술 자체를 과거로 이동시키는 것을 허용하지 않을 것이다.

웜홀의 본질에 대한 현재 이론에 따르면, 통과 가능한 웜홀의 건설은 종종 "이국적 물질"이라고 불리는 음의 에너지를 가진 물질의 존재를 필요로 한다. 더 기술적으로, 웜홀 시공간은 약, 강 및 지배 에너지 조건을 포함하여 다양한 에너지 조건을 위반하는 에너지의 분포를 필요로 한다. 그러나 양자 효과가 널 에너지 조건의 작고 측정 가능한 위반을 야기할 수 있으며,^[45] 많은 물리학자들은 필요한 음의 에너지가 양자 물리학의 카시미르 효과로 인해 실제로 가능할 수 있다고 믿고 있다.^[46] 초기 계산에서는 매우 많은 양의 음의 에너지가 필요하다고 제안했지만, 이후 계산에서는 음의 에너지 양을 임의로 작게 만들 수 있다는 것을 보여주었다.^[47]

1993년 매트 비서는 그러한 유도된 시계 차이를 가진 웜홀의 두 입구가 웜홀을 붕괴시키거나 두 입구가 서로를 밀어내는 양자장 및 중력 효과를 유발하지 않고서는 함께 가져올 수 없다고 주장했다.^[48] 이 때문에 두 입구는 인과율 위반이 일어날 만큼 충분히 가까이 가져올 수 없었다. 그러나 1997년 논문에서 비서는 N개의 웜홀이 대칭 다각형으로 배열된 복잡한 "로만 링"(톰 로만의 이름을 따서 명명됨) 구성을 통해 시간 기계로 작용할 수 있다고 가설을 세웠지만, 이는 인과율 위반이 가능하다는 증거라기보다는 고전적인 양자 중력 이론의 결함일 가능성이 더 높다고 결론 내렸다.^[49]

다른 접근 방식으로는 일반적으로 티플러 원통이라고 불리는 고밀도 회전 원통이 관련되어 있는데, 이는 1936년 빌럼 야코프 판 스톡컴^[50]과 1924년 코르넬 란초스^[51]가 발견한 일반 상대성 이론의 해이며, 1974년 프랭크 티플러^[53]의 분석이 있기 전까지는 닫힌 시간꼴 곡선을 허용하는 것으로 인식되지 않았다.^[52] 원통이 무한히 길고 긴 축을 중심으로 충분히 빠르게 회전한다면, 나선형 경로로 원통 주위를 비행하는 우주선은 시간 여행을 할 수 있다(또는 나선의 방향에 따라 미래로 여행할 수도 있다). 그러나 필요한 밀도와 속도가 너무 커서 일반적인 물질로는 이를 구축할 수 없다. 물리학자 로널드 말렛은 시공간을 구부리고 시간 여행을 가능하게 하기 위해 링 레이저를 사용하여 회전하는 블랙홀의 조건을 재현하려고 시도하고 있다.^[54]

회전 원통이나 우주 끈에 기반한 시간 여행 계획에 대한 더 근본적인 반론은 스티븐 호킹에 의해 제기되었는데, 그는 일반 상대성 이론에 따르면 약한 에너지 조건이 충족되는 영역, 즉 음의 에너지 밀도(이국적 물질)를 가진 물질이 없는 영역에서는 특정한 유형의 시간 기계("콤팩트하게 생성된 코시 지평선을 가진 시간 기계")를 만들 수 없다는 정리를 증명했다. 티플러의 해와 같은 것들은 분석하기 쉬운 무한 길이의 원통을 가정하며, 티플러는 회전 속도가 충분히 빠르면 유한한 원통이 닫힌 시간꼴 곡선을 생성할 수 있다고 제안했지만^[52] 이를 증명하지는 못했다. 그러나 호킹은 그의 정리에 따르면 "모든 곳에 양의 에너지 밀도를 가지고는 할 수 없다! 유한한 시간 기계를 만들려면 음의 에너지가 필요하다는 것을 증명할 수 있다."^[43]라고 지적한다. 이 결과는 호킹의 연대기 보호 가설에 관한 1992년 논문에서 나온 것으로, 호킹은 이를 "물리학 법칙은 닫힌 시간꼴 곡선의 등장을 허용하지 않는다."^[41]라고 진술한다.

일부 이론, 특히 특수 및 일반 상대성 이론은 적절한 시공간의 기하학 또는 공간에서의 특정 유형의 움직임이 이러한 기하학 또는 움직임이 가능하다면 과거와 미래로의 시간 여행을 허용할 수 있다고 제안한다.^[36] 기술 논문에서 물리학자들은 시공간에서 닫힌 루프를 형성하여 물체가 자신의 과거로 돌아갈 수 있게 해주는 닫힌 시간꼴 곡선의 가능성에 대해 논의한다. 괴델 시공간과 같이 닫힌 시간꼴 곡선을 포함하는 시공간을 설명하는 일반 상대성 이론의 해가 있는 것으로 알려져 있지만, 이러한 해의 물리적 타당성은 불확실하다.

일부 광속보다 빠른 여행을 허용하는 특정한 일반 상대성 이론 시공간 기하학에서는 과거로의 시간 여행이 이론적으로 가능하다. 이러한 예로는 우주 끈, 통과 가능한 웜홀, 알쿠비에르 드라이브 등이 있다.^[38]^[39] 일반 상대성 이론은 특정 특이한 시나리오에서 시간 여행의 가능성에 대한 과학적 근거를 제시하지만, 반고전 중력의 논거는 양자역학적 효과가 일반 상대성 이론에 통합될 때 이러한 허점이 닫힐 수 있음을 시사한다.^[40] 이러한 반고전적 논거는 스티븐 호킹이 연대기 보호 가설을 공식화하도록 이끌었고, 이는 자연의 근본적인 법칙이 시간 여행을 막는다는 것을 시사한다.^[41] 그러나 물리학자들은 양자역학과 일반 상대성 이론을 완전히 통일된 이론으로 결합할 양자 중력 이론 없이는 이 문제에 대한 최종적인 판단을 내릴 수 없다.^[42]^[43]

웜홀을 이용한 시간 여행 방법은 다음과 같다.

# 2009년에 출입구 A와 출입구 B로 된 웜홀을 준비한다.

# 출입구 B를 아광속(광속에 가까운 속도)으로 멀어지게 한다.

# 출입구 B를 다시 아광속으로 출입구 A에 가깝게 한다. 출입구 B의 시간이 느려지게 된다. (A: 2015년, B: 2010년)

# 우주선은 2015년인 출입구 A로 들어가서 2010년의 출입구 B로 나오면 과거로 시간 여행을 할 수 있다.

우주끈을 이용한 시간 여행 방법은 다음과 같다. 우주끈은 웜홀과 같이 역시 가상의 물체이다. 광속으로 스쳐 지나가는 2개의 우주끈을 사용하면, 과거로 가는 시간 여행을 할 수 있다.

# 우주선을 타고 지구를 출발하여 목적지인 행성 X를 정한다. (행성 X는 가상의 행성이다)

# 1에서 보통은 지구에서 직선 코스로 향하는 것이 최단 경로이다.

# 우주끈 주위에서는 공간이 떼내어져 있으므로, 광속으로 향해 가는 우주 끈 A의 옆을 도는 쪽이 거리가 짧아지게 된다.

# 우주선은 이 경로를 지나 아광속으로 행성 X로 간다. 그렇게 되면 지구에서 행성 X까지 똑바로 나아가는 빛보다 빨리 도착할 수 있다.

# 행성 X에서 지구를 되돌아보면, 아직 출발하기 전의 우주선이 보인다.

# 또 1개의 우주끈 B의 옆을 돌아 지구로 오면, 지구를 출발하려고 하는 우주선을 만나게 된다. 즉 과거로 도착하게 되는 것이다.

중력이 강해지면, 모든 것의 시간이 느리게 흐른다.(중력시간지연)

# 중력이 매우 큰 행성이나, 근처에 큰 질량이 큰 물체가 있는 우주공간으로 간다.

# 그 공간에서 시간을 보낸다.

# 다시 지구로 돌아온다.

# 지구와 그 지구에 있는 모든 것들보다 자신의 시간이 느리게 흘렀으니, 자신이 미래로의 시간 여행을 했으며, 동시에 지구에 있는 모든 것들이 과거로의 시간 여행을 했다고 볼 수 있다.

3. 3. 양자역학과 시간 여행

한 지점에서 신호가 전송되어 다른 지점에서 수신될 때, 신호가 빛의 속도 이하로 이동하는 한, 동시성의 상대성에 관한 상대성이론은 모든 기준 틀에서 전송 사건이 수신 사건보다 먼저 발생했다는 데 동의한다. 만약 신호가 빛보다 빠르게 이동하면, 모든 기준 틀에서 신호가 전송되기 *전에* 수신된다.^[55] 이때 신호가 시간적으로 거꾸로 이동했다고 말할 수 있다. 이러한 가상 시나리오는 타키온 안티텔레폰이라고 불린다.^[56]

양자 순간이동, EPR 역설, 양자 얽힘과 같은 양자역학적 현상은 빛보다 빠른(FTL) 통신이나 시간 여행을 허용하는 것처럼 보일 수 있다. 실제로 봄 해석과 같은 양자역학의 일부 해석은 입자 간의 상관관계를 유지하기 위해 입자 사이에 즉각적인 정보 교환이 일어난다고 추정한다.^[57] 알베르트 아인슈타인은 이 효과를 "섬뜩한 원격 작용"이라고 불렀다.

하지만 양자역학에서 인과율이 보존된다는 사실은 현대 양자장론에서 엄격한 결과이며, 따라서 현대 이론은 시간 여행이나 초광속 통신을 허용하지 않는다. 빛보다 빠른 통신(FTL)이 주장된 모든 사례에서, 자세히 분석한 결과 신호를 얻으려면 고전적 통신 형태도 함께 사용해야 한다는 것이 밝혀졌다.^[58] 또한, 비통신 정리는 양자 얽힘을 사용하여 고전적 신호보다 빠르게 정보를 전송할 수 없다는 것을 증명한다.

휴 에버렛의 다세계 해석(MWI)은 시간 여행자가 자신이 왔던 세계와 다른 세계에 도착한다는 점에서 할아버지 역설에 대한 해결책을 제시한다. 그러나 시간 여행자가 자신의 역사가 아닌 다른 세계의 역사에 도착하기 때문에 이는 "진정한" 시간 여행이 아니라고 주장되기도 한다.^[59] 일반적으로 받아들여지는 다세계 해석은 모든 가능한 양자 사건이 상호 배타적인 역사에서 발생할 수 있다고 제안한다.^[60] 그러나 일부 변형된 다세계 해석은 서로 다른 세계가 상호 작용할 수 있다고 본다. 이 개념은 주로 과학 소설에서 사용되지만, 데이비드 도이치와 같은 일부 물리학자들은 시간 여행자가 자신이 시작한 역사와 다른 역사에 도착해야 한다고 주장했다.^[61]^[62] 반면 스티븐 호킹은 다세계 해석이 옳더라도 각 시간 여행자는 단일하고 자기 일관적인 역사를 경험할 것이므로, 시간 여행자는 다른 세계로 가는 것이 아니라 자신의 세계 안에 머물 것이라고 주장했다.^[68] 물리학자 앨런 에버렛은 도이치의 접근 방식이 "양자 역학의 기본 원리를 수정하는 것을 포함하며, 단순히 다세계 해석을 채택하는 것을 넘어선다"고 주장했다. 또한 에버렛은 도이치의 접근 방식이 옳더라도, 여러 입자로 구성된 거시적 물체가 웜홀을 통해 시간을 거슬러 여행할 때 서로 다른 세계에서 서로 다른 입자가 나타나면서 분리될 것이라고 주장한다.^[63]

리처드 파인만은 "반입자는 시간을 거슬러 가는 양의 소립자다"라고 생각했다. 이 생각은 "디랙의 바다"가 가진 문제점을 해결하는 것이었지만, "디랙의 바다"라는 개념은 이후 물리학자들에 의해 다른 방법으로 수정되었다.

3. 4. 실험적 증거

양자 순간이동, EPR 역설, 양자 얽힘과 같은 양자역학적 현상은 초광속(FTL) 통신 또는 시간 여행을 허용하는 메커니즘을 생성하는 것처럼 보일 수 있지만, 비통신 정리는 양자 얽힘을 사용하여 고전적 신호보다 빠르게 정보를 전송할 수 없다는 일반적인 증명을 제공한다.^[58] 실험 결과 중에는 인과 관계가 거꾸로 된 듯한 인상을 주는 것들이 있지만, 자세히 살펴보면 그렇지 않다는 것을 보여준다.

마를란 스컬리가 수행한 지연 선택 양자 지우개 실험은 "신호 광자"와 "유휴 광자"로 나뉜 양자 얽힘 광자 쌍을 사용하며, 신호 광자는 두 위치 중 하나에서 나오고, 그 위치는 나중에 이중 슬릿 실험과 같이 측정된다. 유휴 광자를 어떻게 측정하느냐에 따라, 실험자는 신호 광자가 두 위치 중 어디에서 나왔는지 알 수 있거나, 그 정보를 "지울" 수 있다. 신호 광자는 유휴 광자에 대한 선택이 이루어지기 전에 측정될 수 있지만, 유휴 광자의 측정을 해당 신호 광자와 연관시킬 때 간섭 (파동 전파) 무늬가 관찰되는지 여부에 대한 선택이 소급적으로 결정되는 것처럼 보인다. 그러나 간섭은 유휴 광자가 측정되고 신호 광자와 연관된 후에만 관찰될 수 있으므로, 인과 관계는 유지된다.^[64]

리준 왕(Lijun Wang)의 실험 또한 인과 관계 위반을 보여주는 듯하다. 그는 파동 패키지를 세슘 가스 덩어리를 통해 보낼 수 있었는데, 이 패키지가 덩어리에 들어간 지 62나노초 전에 덩어리에서 나오는 것처럼 보였다. 하지만 파동 패키지는 단일의 잘 정의된 객체가 아니라 다양한 주파수의 여러 파동의 합(푸리에 해석 참조)이며, 이 효과는 빛보다 빠르게 물질, 에너지 또는 정보를 전송하는 데 사용할 수 없으므로,^[65] 이 실험 역시 인과 관계를 위반하지 않는 것으로 이해된다.

코블렌츠 대학교의 물리학자 귄터 님츠와 알폰스 슈탈호펜(Alfons Stahlhofen)은 마이크로파 광자가 양자 터널링이라는 현상을 사용하여 떨어진 한 쌍의 프리즘 사이를 "순식간에" 이동함으로써 아인슈타인의 상대성 이론을 위반했다고 주장하지만, 다른 물리학자들은 이 현상이 빛보다 빠르게 정보를 전송할 수 없다고 말한다.^[66]

성왕 두는 동료 심사를 거친 저널에서 단일 광자의 전구체 (물리학)를 관찰했다고 주장하며, 진공에서 빛의 속도 ''c''를 넘지 않는다고 말했다. 그의 실험은 느린 빛을 사용했으며, 진공을 통과하는 빛도 사용했다. 그는 두 개의 단일 광자를 생성하여 하나는 레이저로 냉각된 루비듐 원자를 통과시키고(따라서 빛의 속도를 늦춤), 다른 하나는 진공을 통과시켰다. 두 경우 모두, 전구체가 광자의 주체를 앞섰으며, 전구체는 진공에서 ''c''로 이동했다. 두에 따르면, 이는 빛이 ''c''보다 빠르게 이동할 가능성이 없으며, 따라서 인과 관계를 위반할 가능성이 없음을 의미한다.^[67]

4. 시간 여행의 철학적 문제와 역설

철학자들은 오래전 고대 그리스 시대부터 공간과 시간의 철학에 대해 논의해 왔다. 예를 들어, 파르메니데스는 시간이 환상이라는 견해를 제시했고, 아이작 뉴턴은 절대 시간 개념을 지지했다. 반면 고트프리트 빌헬름 라이프니츠는 시간은 사건 간의 관계일 뿐이며 독립적으로 표현될 수 없다고 주장했는데, 이는 상대성 이론의 시공간 개념으로 이어졌다.^[83]

시간 여행에 대한 일반적인 반론은 할아버지 역설 또는 자동 영아 살해 논쟁으로 제기된다.^[89] 과거로 돌아가 무언가를 변경하면 불일치와 모순이 발생한다는 것이다.^[90]^[91] 예를 들어, 자신의 할아버지를 죽이면 자신의 존재 자체가 불가능해지는 역설이 발생한다.^[42] 철학자들은 이러한 역설이 시간 여행의 불가능성을 증명하는지, 아니면 과거를 변경하는 것이 불가능하다는 주장을 통해 해결될 수 있는지 논쟁한다.^[92] 후자의 주장은 노비코프 자기 일관성 원리와 유사하다.

타임 트래블은 과학적인 관점에서 여러 문제점이 지적되며^[102], 현재 과학 기술로는 실현 불가능하다고 여겨진다. 그럼에도 불구하고, 타임 트래블은 "과거-미래의 비대칭성"과 "시간의 흐름"이라는 전제를 바탕으로 다양하게 묘사되며, 공상 이야기(픽션)의 단골 소재로 등장한다.

SF 작품에서 타임 패러독스는 역사 관련 중대 사건, 위기, 사고 실험의 소재로 자주 활용된다.^[89] 타임 패러독스로 인한 위기, 회피의 긴장감, 전개의 의외성은 시간을 소재로 한 SF의 묘미이다.

가장 유명한 타임 패러독스는 '''존속 살해의 패러독스'''이다.^[42] 과거로 간 시간 여행자가 자신의 탄생 전 부모를 살해했을 때 발생하는 결과를 다룬다.

타임 패러독스의 모순을 설명하기 위해 평행 우주 개념이 등장하기도 한다. 시간 여행자가 역사를 변경하면 시간축이 분기되어 원래 세계와 병행하는 다른 세계가 생긴다는 것이다.

이와는 별개로 '''논리 퍼즐적인 타임 패러독스'''도 존재한다. 그 예로, 히로세 마사시의 소설 『마이너스 제로』에서는 다음과 같은 상황이 제시된다.

현대에서 새 라이터를 산 남자가 시간 여행을 하여 과거에 그 라이터를 잊고 간다. 실은 그 라이터는 제3자에 의해 시간이 흘러 현대에 존재하는 잊고 간 라이터와 바꿔치기되어 있고, 새것으로 산 라이터는 시간 여행을 하지 않고 현대에 존재한다. 시간 여행을 하는 라이터는 현대와 과거를 무한 루프로 왕래하지만, 현대에 새것이 있는 한 그 라이터는 어디서 산 것도 아니다.

"'''현재의 지식을 유지한 채 과거로 가서, 현재에 유리한 결과가 되도록 과거를 바꾸고 싶다'''"는 인간의 소망은 '''사기꾼의 타임 패러독스'''를 낳는다. 미래 정보를 바탕으로 현재를 바꾸면 "본래의 미래"가 소멸하는 것이다.

초광속 통신처럼 정보만 과거로 전달하는 경우, '''정보의 패러독스'''가 발생한다. 정보가 과거로 가면 "본래의 시간" 정보가 소멸하기 때문이다.

엉뚱 발랄 콩순이와 친구들 시리즈의 『놀라운 엉뚱 삼총사 대지진』(나스 마사키)에서는 "현대의 잘못된 지식"을 가진 채 과거로 간 결과, "잘못된 지식"이 "사건의 진실"로 구체화되는 '''관념 실체화 현상'''이 나타나기도 한다.

4. 1. 시간의 본질에 대한 논쟁

철학자들은 적어도 고대 그리스 시대부터 공간과 시간의 철학에 대해 논의해 왔다. 예를 들어, 파르메니데스는 시간이 환상이라는 견해를 제시했다. 수세기 후, 아이작 뉴턴은 절대 시간의 개념을 지지했고, 그의 동시대인인 고트프리트 빌헬름 라이프니츠는 시간은 사건들 간의 관계일 뿐이며 독립적으로 표현될 수 없다고 주장했다. 후자의 접근 방식은 결국 상대성 이론의 시공간으로 이어졌다.^[83]

많은 철학자들은 상대성 이론이 과거와 미래가 현재에 일어났거나 일어날 변화로서만이 아니라 실질적인 의미로 존재한다는 영원주의를 함축한다고 주장해 왔다.^[84] 과학 철학자 딘 릭클스는 몇 가지 조건을 달아 이에 동의하지 않지만, "철학자들 사이의 합의는 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론이 현상주의와 양립할 수 없다는 것으로 보인다"고 언급한다.^[85]

현상주의는 미래와 과거가 현재에 일어났거나 일어날 변화로서만 존재하며 그 자체로 실질적인 존재는 없다고 주장하는 철학 학파이다. 이 관점에서 시간 여행은 갈 미래나 과거가 없기 때문에 불가능하다.^[84]

4. 2. 시간 여행의 역설

SF 작품 속에서 타임 패러독스는 역사와 관련된 중대한 사건, 위기, 그리고 사고 실험의 소재로 자주 다루어진다.^[89] 시간을 소재로 한 SF에서 타임 패러독스로 인한 위기, 회피의 서스펜스, 전개의 의외성이 주는 재미가 작품의 묘미로 작용한다.

타임 패러독스의 가장 유명한 예는 '''존속 살해의 패러독스'''이다. 이는 과거로 간 시간 여행자가 자신의 탄생 전 부모를 살해했을 때 어떤 결과가 발생하는가 하는 문제이다. 여기에는 세 가지 경우가 있을 수 있다.^[42]

# 어떻게 계획해도 살인이 불가능하다 (모순 없음).^[115]^[116]

# 부모가 자신을 낳기 전에 사망하므로 자신도 소멸한다. 그러면 자신이 과거로 가는 일도, 부모가 죽는 일도 없어진다. 이는 모순이다.^[117]

# 부모가 죽고 자신이 태어나지 않는 세계가, 자신이 태어난 미래 세계에서 분기된다(평행 우주). 부모가 무사했던 과거(시간 이동을 하지 않았던 세계)는 영향을 받지 않으므로 모순이 아니다.

모순이 발생하지 않는 경우에도, 과거의 변화가 미래에 미치는 영향을 다룬 작품들이 많다. 여기에는 사소한 과거의 변화가 나비 효과처럼 연쇄적으로 확대되어 미래를 크게 바꾼다는 입장과, 사소한 변화는 일시적인 흔들림일 뿐이며 결국 수렴되어 미래에 큰 영향을 주지 않는다는 입장이 있다.

타임 패러독스의 모순을 설명하기 위해, 시간 여행자에 의한 역사의 변화로 시간축이 분기되어 원래 세계와 병행하는 다른 세계가 생겨난다는 '''평행 우주''' 개념이 있다.

이러한 가상의 이론이나 가설에 근거한 과거와 미래의 인과 관계 모순과는 별개로, '''논리 퍼즐적인 타임 패러독스'''도 몇 가지 고안되었다.

【예】『마이너스 제로』(히로세 마사시)에서

현대에서 새 라이터를 산 남자가 시간 여행을 하여 과거에 그 라이터를 잊고 간다. 실은 그 라이터는 제3자에 의해 시간이 흘러 현대에 존재하는 잊고 간 라이터와 바꿔치기되어 있고, 새것으로 산 라이터는 시간 여행을 하지 않고 현대에 존재한다. 시간 여행을 하는 라이터는 현대와 과거를 무한 루프로 왕래하지만, 현대에 새것이 있는 한 그 라이터는 어디서 산 것도 아니다.

인간은 "'''현재의 지식을 유지한 채 과거로 가서, 현재에 유리한 결과가 되도록 과거를 바꾸고 싶다'''"는 소망을 시간 여행에 품는다. 이를 반대로 생각하면, '''미래 정보를 바탕으로 현재 행동을 결정하는 것'''도 일종의 시간 여행이다. 물론, 미래 정보를 바탕으로 현재를 바꾸면 "본래의 미래"도 소멸하며 타임 패러독스가 발생한다. 이를 "'''사기꾼의 타임 패러독스'''"라고 한다.

초광속 통신처럼, 물질이 아닌 정보만 과거로 전달할 수 있지 않을까 하는 생각도 있다. SF 작품에서는 재앙에 휩쓸린 인간(인류)이 과거에 경고를 보내는 내용이 많다. 정보가 과거로 가면, "본래의 시간" 정보는 소멸한다. 이를 '''정보의 패러독스'''라고 한다.

4. 3. 역설의 해결 방안

다중우주를 이해하면 시간 여행에 대한 역설은 해결될 수 있다.^[59] 휴 에버렛의 다세계 해석(MWI)의 변형은 시간 여행자가 자신이 왔던 세계와 다른 세계에 도착하는 할아버지 역설에 대한 해결책을 제시한다. 시간 여행자가 자신의 역사가 아닌 다른 세계의 역사에 도착하기 때문에 이는 "진정한" 시간 여행이 아니라고 주장되어 왔다.^[59] 통용되는 다세계 해석은 모든 가능한 양자 사건이 상호 배타적인 역사에서 발생할 수 있다고 제안한다.^[60] 그러나 일부 변형은 다른 세계가 상호 작용할 수 있도록 허용한다. 이 개념은 주로 과학 소설에서 사용되지만, 데이비드 도이치와 같은 일부 물리학자들은 시간 여행자가 자신이 시작한 역사와 다른 역사에 도착해야 한다고 제안했다.^[61]^[62] 반면에, 스티븐 호킹은 MWI가 옳더라도 각 시간 여행자는 단일의 자기 일관적인 역사를 경험할 것이므로 시간 여행자는 다른 세계로 여행하기보다는 자신의 세계 안에 머물 것이라고 주장했다.^[68] 물리학자 앨런 에버렛은 도이치의 접근 방식이 "양자 역학의 기본 원리를 수정하는 것을 포함하며, 단순히 MWI를 채택하는 것을 넘어선다"고 주장했다. 에버렛은 또한 도이치의 접근 방식이 옳더라도 여러 입자로 구성된 모든 거시적 물체가 웜홀을 통해 시간을 거슬러 여행할 때 서로 다른 세계에서 서로 다른 입자가 나타나면서 분리될 것이라고 주장한다.^[63]

공존 가능성의 철학적 이론에 따르면, 시간 여행과 같은 맥락에서 무엇이 ''일어날 수 있는지''는 상황과 관련된 모든 것을 고려하여 판단해야 한다. 만약 과거가 어떤 특정한 방식이었다면, 다른 방식으로 될 수는 없다. 시간 여행자가 과거를 방문했을 때 무엇이 ''일어날 수 있는지''는 논리적 모순을 방지하기 위해 실제로 ''일어났던'' 일로 제한된다.^[93]

노비코프 자기 일관성 원리는 이고르 드미트리예비치 노비코프의 이름을 따서 명명되었으며, 시간 여행자 또는 과거로 돌아가는 물체가 취하는 모든 행동은 처음부터 역사의 일부였으며, 따라서 시간 여행자가 어떤 식으로든 역사를 "변경"하는 것은 불가능하다고 명시한다. 시간 여행자의 행동은 자신의 과거 사건의 ''원인''이 될 수 있으며, 이는 순환적 인과 관계를 초래할 수 있으며, 때로는 예정론적 역설,^[94] 존재론적 역설,^[95] 또는 부트스트랩 역설이라고 불린다.^[95]^[96] 부트스트랩 역설이라는 용어는 로버트 A. 하인라인의 단편 소설 "By His Bootstraps"에 의해 대중화되었다.^[97] 노비코프 자기 일관성 원리는 시간 여행자를 포함하는 시공간 영역의 지역적 물리 법칙은 시공간의 다른 영역의 지역적 물리 법칙과 다를 수 없다고 제안한다.^[98]

철학자 켈리 L. 로스는 "시간 여행 역설"^[99]에서, 세계선 또는 역사가 시간에 닫힌 루프를 형성하는 물리적 객체를 포함하는 시나리오에서는 열역학 제2법칙의 위반이 있을 수 있다고 주장한다. 로스는 영화 ''어디에선가''를 시계가 한 사람에게 주어지고 60년 후에 동일한 시계가 시간을 거슬러 올라가 동일한 인물에게 다시 주어지는 그러한 존재론적 역설의 예로 사용한다. 로스는 시계의 엔트로피가 증가할 것이고, 시간을 거슬러 돌아가는 시계는 그 역사가 반복될 때마다 더 낡아질 것이라고 말한다. 열역학 제2법칙은 현대 물리학자들에 의해 통계적 법칙으로 이해되므로, 엔트로피 감소 및 엔트로피 비증가는 불가능하지 않으며, 단지 확률이 낮을 뿐이다. 또한 엔트로피는 고립된 시스템에서 통계적으로 증가하므로, 외부 세계와 상호 작용하는 물체와 같은 비고립 시스템은 덜 낡아지고 엔트로피가 감소할 수 있으며, 세계선이 닫힌 루프를 형성하는 물체가 역사상의 동일한 지점에서 항상 동일한 상태에 있을 수 있다.^[39]

2005년, 다니엘 그린버거와 카를 스보질은 양자론이 과거가 자기 일관성을 가져야 하는 시간 여행 모델을 제공한다고 제안했다.^[100]^[101]

5. 대중 매체 속 시간 여행

시간 여행은 SF나 판타지 분야에서 자주 사용되는 소재이다. 마크 트웨인의 "아서 왕 궁정의 코네티컷 양키"나 새뮤얼 매든의 "20세기의 회고"와 같이 SF 장르가 확립되기 전부터 시간 여행을 다룬 이야기들이 있었다. 산업 혁명 이후 과학 기술 발전과 함께 SF 장르가 등장하면서, 시간 여행은 꿈의 기술이나 초자연 현상으로 다루어지기 시작했다.

시간 여행을 다룬 작품은 다음과 같이 분류할 수 있다.
A. 수단에 따른 유형

타임머신을 이용하는 방식: 1887년 엔리케 가스파르 이 림바우의 《시간 역행자》에서 처음 등장했고, 1895년 허버트 조지 웰스의 《타임 머신》을 통해 널리 알려졌다.
등장인물의 강한 소망이나 초능력을 이용하는 방식.
천재지변으로 인해 수동적으로 시간 이동이 발생하는 방식: '타임 슬립'이나 '타임 퀘이크(시진)'라고도 불린다.
특정 게이트(문)를 통해 서로 다른 시간대를 왕래하는 방식.

B. 주인공의 의도와의 관계에 따른 유형

목적지를 정하고 의도적으로 시간 여행을 하는 경우.
시간 여행 시대를 제어할 수 없거나 알 수 없는 경우.
예상치 못한 사건으로 시간 여행을 하게 되고 이야기가 시작되는 경우: 주인공이 시간 여행을 했다는 사실을 바로 알아차리지 못하는 경우도 있다.
결말에 이르러서야 시간 여행이 복선으로 밝혀지는 경우.

웰스의 《타임머신》은 미래로의 시간 여행을 다루었지만, 이후에는 과거로의 시간 여행을 다룬 작품도 많이 등장했다. 미래로 가는 작품은 주로 비관적인 미래 사회를 묘사하는 경우가 많은데, 이는 현대 사회의 문제점을 미래에 투영하여 보여주려는 작가의 의도가 반영된 것이다.

반면, 과거로의 시간 여행은 현재와 과거를 연결하는 문제나 위기를 다루는 경우가 많다. '''타임 패러독스'''를 통해 역사가 바뀌었을 때의 위기나 현재의 비관적 상황을 극복하는 이야기가 주를 이룬다. 또한, 과거를 다시 체험하거나 인생을 다시 시작하고 싶어하는 독자들의 소망을 반영하여 향수를 자극하는 내용도 있다. 이러한 작품들은 역사 소설적인 성격을 띠기도 하며, 황당무계한 미래보다는 역사적 사실을 바탕으로 현실적인 묘사가 가능하다는 장점이 있다.

타임 패러독스와 같은 논리적 전개에 얽매이지 않고 자유로운 상상력을 바탕으로 시간 여행을 그린 작품들도 있다.

시뮬레이션 요소를 중시하여 역사가 바뀌었을 경우 존재할 수 있는 '''If 세계'''(가정 세계)를 그린 작품으로는 『몽골의 잔광』(도요다 아리쓰네)이나 『슈퍼 태평기』(테즈카 오사무) 등이 있다.

과거로 간 현대인이나 미래에서 온 미래인이 지식을 활용하여 사회 변혁을 꾀하는 이야기도 있지만, 이런 경우에도 타임 패러독스는 크게 중요하게 다루어지지 않는다. 소설 『어둠이여, 떨어져라』(L. 스프라그 드 캠프)처럼 현대 과학 지식으로 과거에서 활약하는 모험 활극이나, 만화 『JIN-진-』(무라카미 모토카)처럼 현대 의료 기술로 에도 시대 사람들을 구하는 휴먼 드라마 등 다양한 예가 있다.

영화 『고질라 vs 킹기도라』(1991년)의 도야마 쇼고 프로듀서는 영화를 보는 동안 관객이 모순을 느끼지 않으면 된다고 했고, 오모리 카즈키 감독도 영화에는 과학적 리얼리즘보다 스토리의 합리성이 중요하다고 말했다.

역사 속 수수께끼를 시간 여행으로 해결하는 작품도 있다. 예를 들어, 『안녕 다이노사우르스』(로버트 J. 소여)에서는 공룡 멸종의 원인이 시간 여행을 통해 밝혀진다.

소설 『전국 자위대』에서는 주인공들의 타임 슬립으로 역사가 재현되는 방식을 사용했다.

시간 여행은 SF뿐만 아니라 『시간과의 싸움』(알레호 카르펜티에르)과 같은 문학 작품에서도 소재나 표현 기법으로 활용된다.

다음은 대중 매체 속 시간 여행을 다룬 작품들의 예시이다.

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