<<<저의의문 >>>
우주의 시공간이 휘어지지 않으면
어떻게 되는가
<<<Gemini 님의답변 >>>
**"시공간이 휘어지지 않으면(평평하다면)"**이라는 가정은 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 거꾸로 뒤집어, 뉴턴의 고전 역학이나 특수 상대성 이론의 세계로 돌아가 보자는 매우 흥미롭고 본질적인 질문입니다.
물리적으로 시공간이 전혀 휘어지지 않는 평평한 상태(민코프스키 시공간)라면, 우리가 살고 있는 우주는 다음과 같이 완전히 다른 모습으로 변하게 됩니다.
1. '중력'이라는 현상이 사라집니다
일반 상대성 이론에서 중력은 '시공간의 휘어짐' 그 자체입니다. 따라서 시공간이 휘어지지 않는다는 것은 중력이 존재하지 않는다는 뜻과 같습니다.
물체가 떨어지지 않습니다: 사과를 공중에 놓아도 아래로 떨어지지 않고 그 자리에 그대로 둥둥 떠 있게 됩니다.
천체의 운동이 멈춥니다: 지구가 태양 주위를 돌거나 달이 지구 주위를 도는 궤도 운동이 불가능해집니다. 붙잡아주는 시공간의 골짜기가 없기 때문에, 모든 행성과 별들은 각자 가던 방향으로 우주 미아가 되어 직선으로 멀어져 버립니다.
우주의 구조가 붕괴합니다: 물질들이 중력으로 모여들 수 없으므로 별, 은하, 지구, 그리고 인간과 같은 생명체 자체가 탄생할 수 없습니다. 우주는 그저 희박한 가스와 먼지만이 평평한 공간에 고르게 퍼져 있는 고요하고 무생물적인 공간이 됩니다.
2. 빛은 영원히 꺾이지 않고 '완벽한 직선'으로만 갑니다
앞서 보았던 별빛의 굴절이나 중력렌즈 효과는 시공간이 휘어졌기 때문에 나타나는 현상이었습니다.
중력렌즈 효과 소멸: 빛 앞을 가로막는 거대한 은하나 블랙홀이 있더라도 공간이 평평하므로 빛은 먼지 한 톨 치우지 않듯 곧바로 직진합니다. 따라서 대상을 가로막는 천체가 있다면 그 뒤편의 별빛은 영원히 차단되어 우리 눈에 보이지 않게 됩니다.
기하학의 일치: 우주 어디에서 빛을 이용해 거대한 삼각형을 그리든, 세 내각의 합은 정확히 180^\circ가 되며 유클리드 기하학이 우주 전체를 완벽하게 지배하게 됩니다.
3. 시간과 공간이 '절대적 기준'으로 돌아갑니다
상대성 이론에서 시간과 공간이 관찰자의 위치(중력의 크기)에 따라 다르게 흐르는 이유는 질량이 시공간을 불균일하게 왜곡시키기 때문입니다. 시공간이 휘어지지 않고 균일하다면 다음과 같은 변화가 생깁니다.
위치에 따른 시간 지연 소멸: 높은 산 위에서 흐르는 시간과 땅 위에서 흐르는 시간이 완벽하게 일치합니다. 중력이 강한 블랙홀 근처에 가더라도 시간이 천천히 흐르는 일(영화 인터스텔라 같은 현상)은 일어나지 않습니다.
GPS 보정의 불필요: 지구 표면과 저궤도 위성의 시공간 왜곡이 없으므로, 현재의 GPS 내각 시스템이 사용하는 일반 상대성 이론에 따른 시간 보정(1일에 약 45마이크로초씩 위성 시계가 빨라지는 현상)을 해줄 필요가 없어집니다.
요약하자면
시공간이 휘어지지 않는다는 것은 우주에서 질량과 에너지가 시공간에 아무런 영향도 주지 못하는 상태를 말합니다. 이 가상 세계에서는 중력이 사라지며, 모든 물질은 결속력을 잃고 흩어지고, 빛은 한 치의 오차도 없이 직진만 하는 '차갑고, 평평하며, 아무런 역동성이 없는 기하학적 상자' 같은 우주가 됩니다.