시간에 대한 기사를 읽고서

안녕하세요?

오랫만에 이 과학관련 포스팅을 올리게 되었는데, 그렇게 무덥던 여름이 어느사이에 지나가고 나서, 선선한 가을이 오는 것을 보니, 시간하나 정말 잘 간다는 생각이 듭니다. 다만 우리는 이런 시간을 '시계'만 보면 정말 정확하게 알 수 있는 것 같은데, 실제로 생명과학 전공인제게 있어서 시간이란 실험용 타이머를 맞춘 다음에 하나하나 기다리는 것에 불과했습니다.

그런데 Newton 2018년 8월호에 시간-특히 물리학에서 말하는 시간이라는 것에 대해서 '상대적으로 쉽게' 이해할 수 있도록 풀어주는 기사가 있기에, 이번 포스팅에서 한번 이 기사를 리뷰해 볼까 합니다. 본격적인 리뷰에 들어가기에 앞서서 다소 어려울 수도 있는 내용이기는 하지만, 그대로 쉽게 이해가 가능하도록 최대한 풀어서 써 보고자 합니다.

먼저 기사의 첫머리에서 '시간'이란 것은 사람이 체감을 하는 '생물학적 혹은 심리적인 시간'이 있고, 아이스크림이나 불붙은 양초가 녹는 '물리적인 시간'이 있는데, 기사에서는 분명하게 '물리적인 시간'에 대해서 다룬다고 언급을 하고 있습니다. 그러면서 이어지는 내용은 '시간의 방향'에 대해서 다루고 있습니다.

먼저 '물리적인 시간'에 있어서도 '과거에서 미래'로만 우리가 생각하는 것과는 달리, 옛날 영사기의 필름과 같이 어느쪽으로 영사기가 돌아가느냐에 따라서 어느 장면이 먼저 나오고 어느 정면이 나중에 나오느냐가 결정되는데, 정작 영상을 관람하는 관객입장에서는 이 영사기가 어느 방향으로 돌아가는지 모르는 상태입니다. 이를 쉽게 설명하면 뉴턴의 운동법칙부터 전자기학의 법칙까지 '대부분의 물리 법칙'이 '시간의 방향'에 상관없이 성립하는 성질이 있다는 것을 이 영상기의 회전 방향과 필름으로 설명하고 있습니다. 다만 이 부분은 우리의 상식에서 다소 받아들이기 어려운 면이 많아서 아무리 쉽게 써도 이해가 어려우리라 생각이 됩니다.

이 부분에서 기사는 영사기에는 정방향으로 재생할 경우 왼쪽에서 날라온 공이 바닥을 치고 튀어 올라서 오른쪽으로 가는 것을 보여주는 필름을 예시로 들었는데, 문제는 역방향으로 재생해도 자연스럽게 오른쪽에서 날라온 공이 바닥을 치고 튀어서 왼쪽으로 가는 것으로 보여진다는 것으로 비유를 했습니다. 다만 아쉬운 점이 있다면, 요즘 사람들이 접하기 어려운 옛날 영사기의 필름으로 표현하는 것 보다는, 다른 비유를 내 세우는 것이 더 나은 기사를 만들지 않을까 하는 생각이 들었습니다.

그럼 이렇게 물리법칙의 대다수가 시간의 흐름과는 상관없이 성립한다면, 우리가 생각하는 '과거에서 미래로의 흐름'이란 무엇이냐고 하는 의문이 드는데, 이에 대해서 기사는 '엔트로피 증대의 법칙'을 들고와서 설명을 합니다. 여기서 기사의 설명에 의하면, '무질서도가 증가'하는 상황을 예시로 들었는데, '홍차에 우유가 섞이는 현상'을 가지고 와서, 한번 홍차에 우유가 섞이면 다시 분리가 되지 않는데, 이는 '다시는 뒤로 가지 않는 변화'이기 때문에, 우리는 이런 '다시는 뒤로 가지 않는 변화'들을 보면서 시간의 흐름을 체감한다고 설명합니다.

그러면서 기사는 '엔트로피가 최대로 증대'해서 더 이상 아무런 변화가 없는 경우를 가정해서 다음과 같은 의문을 제시합니다. 바로 아무런 물리적인 변화도 일어나지 않는 상황이 오면, 우리는 시간을 체감할 수 있는지를 생각해 보면, '없다'라는 답을 냅니다. 즉, 아무것도 변하지 않는 상황-일상생활에서 올리가 없는 상황이지만, 이런 상황이 오면, 우리는 '시간의 흐름'을 느낄 수 없어지고, 여기서 더 나아가서 '시간 감각 자체도 환상'이라 주장까지 합니다. 다만, 여기는 상당히 중요할 수도 있는데, 이에 대해서 더 이상 지면을 할애해서 설명하지 않는 것은 다소 유감스럽다는 생각이 들었습니다.

그러면서 기사는 실제 19세기 무렵까지는 '절대적인 시간의 흐름'이 존재한다고 생각을 했었는데, 아인슈티인이 발표한 '특수 상대성 이론'에 의해서 그 생각이 깨어지게 되었다는 사실을 언급하고 있습니다. 그러면서 기사는 광솏의 1/3으로 달리는 기차를 예시로 들면서, 특수 상대성 이론을 설명하고 있습니다.

이런 예시를 그림으로 그려서 이해하기 쉽도록 설명한 것은 상당히 좋았고, 열차 안과 열차 밖에서 관측한 시간이 '상대적'이고, '시간의 어긋남'이 관측이 되는데, 왜 우리는 일상생활에서 이런 것을 느끼지 못하는 것도 설명하고 있습니다. 바로 [물체가 빛의 속도]에 가깝게 움직이거나 [머나먼 우주 저편]에 있는 경우가 아니면 시간의 어긋남이 일어나지 않기 때문이라는 것도 언급하고 있습니다.

그리고 아인슈타인의 '일반 상대성 이론'을 소개하면서, 중력이 '강한 곳에서는 시간의 흐름이 느리다는 것'을 언급 합니다. 그러면서 예시에서는 '태양과 같은 항성'에서 일어나는 '빛이 휘어질 정도의 중력'이 있는 곳에서, 시간의 흐름이 느려짐을 언급하고 있는데, 여기까지는 좋았습니다. 다만 이후에 나오는 블랙홀과 시간에 대해서는 아직 이론이 정립되지 않았는지 조금은 횡설수설에 가까운 모습을 보인 것은 다소 안타까운 점 이었습니다.

마지막으로 시간에 관한 5가지 질문과 그에 대한 답을 제시하면서 기사를 끝내는데, 개인적으로는 2번째 질문인 '시간정지' 빼고는 아직도 논쟁의 여지가 있다는 생각이 듭니다. 하지만 우리가 생각하기에 '물리학의 시간'이란 '절대적이지 않고 상대적'이란 사실을 알려주는 데는 정말인지 유용한 기사 였습니다.