‘네이처 피직스’ 국제 학술지 “세계 최초로 ‘시간의 그림자’ 발견”

“미시세계에는 ‘시간의 그림자’가 존재한다.”는 사실이 양자물리학 실험을 통해 밝혀졌다. 

3월 13일 국제 저명 학술지 ‘네이처 피직스’에 실린 논문에 따르면 뉴욕시립대 소속 과학자들은 양자물리학 실험을 통해 처음으로 ‘시간의 그림자’라고 불리는 미시현상을 확인했다(논문). 

과학자들은 지난 50년 동안 계속해서 “미시세계에는 ‘시간 반사(time reflection)’라는 특별한 반사 현상이 존재한다.”고 추측했다. 

우리는 일상에서 소리와 빛의 반사를 확인한다. 넓은 산골짜기에서 크게 소리를 내면 메아리가 들린다. 거울을 들여다보면 자기 얼굴이 보인다. 

미시세계에 존재하는 시간의 반사는 이러한 개념이 아니다. 미국 잡지 ‘머캐닉스(Popular Mechanics)’는 “‘시간의 반사’라는 현상이 일어나는 미시세계에서는 거울을 보면 자기 얼굴이 아니라 뒷모습이 보인다.”고 설명했다. 

무엇 때문인가. 우리가 사는 세계는 3D 공간으로 이뤄진 거시세계다. 거시세계에서는 거울에 반사된 빛이 3D 공간에서 이동하는 순서에 따라 사람의 눈에 들어온다. 그렇기 때문에 우리는 거울에서 자기 얼굴을 본다. 

그러나 미시세계에서 빛의 이동 경로는 3D 공간에서와 같은 순서로 이뤄지지 않는다. 미시세계에서는 빛을 전파하는 물질도 동시에 변화가 일어나기 때문에 빛의 이동 경로는 빈도에 따라 바뀐다. 다시 말해 시간 반사를 통해 붉은빛이 초록빛으로 바뀔 수 있다. 

이 특별한 현상은 소리로도 설명할 수 있다. 시간의 반사를 통과한 소리는 반사 전의 소리와 다르게 들린다. 녹음테이프를 빠르게 거꾸로 돌릴 때 들리는 소리와도 같을 것이다. 

머캐닉스 잡지에 따르면 과학자들은 이번 실험에서 특별한 재료를 사용했기 때문에 전자파가 양자 상태(미시세계) 속에서 전파하는 정황을 더욱 정확하게 포착했다. 결국 시간의 그림자를 확인한 것이다. 

뉴욕시립대 과학자 안드레아 알뢰(Andrea Alù)는 “매우 흥분된다. 아주 오래전부터 우리는 이론적으로 이런 특별한 현장을 예견했다. 시간 반사는 3D 공간의 반사 현상과 정말 매우 다르다.”고 말했다. 

이번 연구의 결과는 무선통신 기술의 발전과 저에너지 양자 컴퓨터 개발 등 여러 분야에도 도움될 것으로 알려졌다.