[책] 시간은 흐르지 않는다.(The Order of Time) by 카를로 로벨리(Carlo Rovelli) 지음

부제: 우리의 직관 너머 물리학의 눈으로 본 우주의 시간(L'ordine del tempo by Carlo Rovelli)

이 책은 시간에 대해 여러 생각을 가지게 해주는 책이다. 난 왜 그동안 시간이라는 개념에 대해서 깊게 생각해보지 않을 걸까? 지은이는 다음과 같은 질문을 우선 독자에게 던져본다.

"우리는 왜 과거는 떠올리면서 미래는 떠올리지 못할까?

우리가 시간 속에 존재하는 것일까, 시간이 우리 안에 존재하는 것일까?

시간이 흐른다는 것은 정말 어떤 의미일까?

무엇이 시간과 우리의 주관적 본성을 연결시켜는 것일까?

시간의 흐름에 귀 기울일 때, 내가 듣는 것은 무엇일까?" 이런 질문들을 말이다. 지금까지 막연하게 시간은 절대적이고 이 절대적인 사간속에 나약한 인간이 나 자신이 큰 의미없이 보내고 있다고 느꼈었는데 그런 의미가 아닌 듯 하다.

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1부: 시간 파헤치기

근대 초 코페르니쿠스(1473~1543)가 달에서 지구가 도는 모습을 관찰하기도 전이었지만 지구가 돈다는 것을 알아냈고 미세한 시간의 변화를 측정할 수 있는 시계가 없었음에도 불구하고 아인슈타인은 시간이 균일하게 흐르지 않는다는 것을 알아냈다 한다. 여기서 시간의 구조를 변경한다는 말이 있는데 이 말의 의미는 시간의 지연을 뜻한다고 한다. 모든 물체는 자기 주위의 시간을 더디게 한다. 지구도 하나의 거대 덩어리이기에 평지에서는 시간이 많이 지연되고, 산에서는 덜 지연된다. 이유는 산이 지구의 중심과 가장 멀리 떨어져 있기 때문이다.

초등,중등, 심지어 대학교 이후까지 우리는 학교에서 천문학이든 물리학이든 "시간의 순서에 따라" 모든 현상을 이해하려고 했다. 역학의 기초인 뉴턴의 방정식, 전자기 현상을 설명하는 맥스웰 방정식, 양자 현상의 진행 과정을 설명하는 슈뢰딩거 방정식, 소립자의 역학을 설명하는 양자장론에 이르기까지 모든 물리학은 시간의 순서에 따라 사물이 어떻게 변화하는지 연구하는 과학이다.

이런 연구를 하는 학문에서 사용하는 시간 t는 서로 상대적으로 변화하는 시간일뿐 어느 것이 절대적으로 정확하며 진짜에 가까운지 알 수 있는 방법은 없다. 시간은 유일함의 성질을 상실했고 각기 장소별로 시간은 다른 리듬과 속도를 갖는다.

젊은 "사디 카르노"의 소책자 <<불의 동력에 관한 고찰>> 내용을 루돌프 클라우지우스 교수가 핵심을 짚어 세상에 발표하게 된다. "열은 차가운 물체에서 뜨거운 물체로 이동할 수 없다. "

일반적으로 낙하하는 공은 반동으로 원래 자리로 돌아갈 수 있지만 열은 그렇게 할 수 없다는 내용이다. 또한 물리학적으로 과거를 미래와 구분하는 일반적인 법칙은 클라우지우스 교수의 이법칙이 유일하다. 시간의 화살표는 열이 있을 때만 나타나는데 과거와 미래 사이의 차이가 발생할 때마다 열이 관여하게 된다. 또한 클라우지우스 교수는 열이 역행없이 한 방향으로만 이동하는 상황을 측정하는 양에 대한 개념을 조입하고 이를 "엔트로피"라고 명한다. 엔트로피는 고립된 상황에서는 절대 감소하는 일은 없다.

이어 루트비히 볼츠만은 과거와 미래의 차이는기본적인 운동 법칙이나 심오한 자연의 문법에 있는 것이 아니라 자연스럽게 무질서해져서 특수하거나 특별한 상황이 점점 사라지게 된다는 것을 꿰뚫어본다.

하지만 난 저자의 이야기들을 이해하지 못하겠다. -.- 뭐가 이리도 이론적이고 복잡한지~~~

볼츠만의 이야기를 계속해보자.

볼츠만은 엔트로피가 존재하는 이유는 우리가 세상을 희미하게 설명하기 때문이라고 주장했다. (뭘 희미하게 설명한다는 거지?^^) 즉, 열과 엔트로피, 과거의 낮은 엔트로피 등은 자연을 대략 통계적으로 설명하는 개념이라고 표현한다. 과거와 미래의 차이는 이 희미함과 깊이 연결되어 있다고 한다. 사물의 미시적인 상태를 관찰하게 되면, 과거와 미래의 차이가 없어진다고 한다. (이게 뭔 소리???) 과거와 미래의 차이는 세상을 보는 우리 자신의 희미한 시각 때문에 발생하는 것이기 때문이다. 볼츠만은 결론적으로 시간의 흐름에서 본질적인 어떤 것도 없으며, 과거의 어느 한 시점에서 우주의 불가사의한 불가능성이 희미하게 반영된 것일 뿐이라고 생각한다.

움직이는 물체는 정지해 있는 물체보다 더 짧은 기간을 경험한다. 즉, 움직이는 물체에서 시간은 줄어들게 된다. 여러 장소에서의 시간도 하나로 공통적이지 않지만, 한 장소에서의 시간도 하나만 존재하는 것이 아니라고 한다. 고유 시간은 당사자가 어디에 있는지에 따라, 인접해 있는 물질의 질량이 많고 적은지에 따라 달라질 뿐 아니라, 이동하는 속도에도 영향을 받을 수 있다.

모든 사건은 과거, 미래, 그리고 과거도 미래도 아닌 우주의 일부로 구성된다. 빛은 이 원뿔의 경계를 정하는 사선을 따라서 움직이게 된다. 이 원뿔을 "광원뿔(light cone)"이라고 불리게 된다. 그리고 이 원뿔은 현재가 거의 나노세컨드로 짧기 때문에 수평띠 모양으로 뭉게져 있게 된다.

위의 그림은 아인슈타인이 25세 때 깨달은 시공간의 구조라고 한다.

원뿔들의 구조는 미래쪽으로 가면 갈수록 시공간의 동일한 지점으로 돌아올 수 있다고 한다.

(시간 여행이 가능하다는 의미로 받아들여지네요. ^^)

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블랙홀 근처에서는 광원뿔들이 블랙홀 쪽으로 기울어진게 된다. 블랙홀에서 벗어나려면 미래가 아니라 현재 방향으로 이동해야 하지만 이는 불가능하다.

왜냐하면 물체는 그림의 검은 화살표 같이 미래 방향으로만 움직일 수 있기 때문이다. 블랙홀은 지평선을 표시하고 그 안쪽으로 광원뿔을 기울게 하여 주위의 모든 것을 미래 속의 공간 영역에 가두게 되기 때문이다.

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무언가 머리를 꿍하고 때리는 내용이다. 뭐 솔직히 전부를 이해하기 어려웠지만 블랙홀, 시간여행, 시간의 의미등을 생각해볼 수 있는 의미를 되새겨주었다. 이어지는 2장과 3장은 조금 더 이해하기 어려워 생략하기로 한다.

한번 읽어보시길~~^^

우리 주위에서 항상 있어왔던 시간의 의미, 과거+현재+미래사이의 관계, 블랙홀의 영향등을 알고 싶다면 꼭 추천하고 싶다.