시간이란 과거에서 현재를 거쳐 미래로 일정하게 흐르는 것이란 우리의 상식을 깨는 책이다. 내가 학창시절에 배웠던 뉴턴의 물리학과는 다른 양자 중력 차원에서 시간의 이야기를 하고 있다. 저자는 인간이 인류의 역사에서 시간을 어떻게 이해해 왔는지를 살펴보면서 인간의 한계를 뛰어넘는 지구의 시간, 우주의 시간 이야기를 전하고 있다. 그러면서 시간의 본질에 관한 이야기도 덧붙이고 있다. 학문적 기초가 부족해 저자의 이야기를  깊이있게 이해하지는 못하면서도 저자의 생각을 따라가려고 노력하면서 이 책을 읽었다. 이 책에 소개된 시간의 개념을 요약해 본다.

시간은 유일하지 않다. 궤적마다 다른 시간의 기간이 있고, 장소와 속도에 따라 각각 다른 리듬으로 흐른다. 방향도 정해져 있지 않다. (중략) '현재'라는 개념은 효력이 없다. 광활한 우주에 우리가 합리적으로 '현재'라고 부를 수 있는 것은 아무것도 없다. 시간의 간격(기간)을 결정하는 토대는 세상을 이루는 다른 실체들과 독립적인 존재가 아니다. 그것은 역동적인 장의 한 양상이다.(98쪽)

세상은 사물이 아닌 사건으로 이루어져 있다. 이 책이 던지는 두번째 화두이다. 우주의 시간은 우리가 보는 것과는 다르게 흐른다는 것이다. 우리의 지각능력의 한계를 넘어서는 우주 본래의 원초적 시간에는 순서나 질서, 이를 바탕으로 한 변화가 없다는 것이다. 양자역학에서 보면 시간은 하나의 점인 물질들이 만들어 내는 사건간의 관계라는 것인데 결국 변화나 사건이 없다면 시간은 존재하지 않는다는 이야기가 된다. 아리스토텔레스가 말한 '시간은 변화의 척도'라는 개념과 유사하게 들린다.

작가 카를로 로벨리는 이탈리아의 물리학자로 한국에서는 ＜모든 순간의 물리학＞이라는 책이 번역된 적이 있고, 그 때 책은 감명깊게 읽은 작가여서 기억하고 있었다. 이번에 나온 책은 시간이라는 주제를 물리학적으로 풀어가는데, 이 양반 글쓰는 솜씨가 물리학을 굉장히 뭐랄까 시적이고 철학적인 문체로 쓰는 관계로, 과학책을 싫어하는 독자에게도 어필이 된다.

제목이 ＜시간은 흐르지 않는다 ＞인데  영어 제목은 ＜The Order Of Time＞이다. 제목을 영어처럼 지으면 뭔가 아주 딱딱해지니까 조금 도발적인 제목으로 흐르는 시간을 흐르지 않는다로 바꾼 것 같은데, 본문에서는 실제로 시간을 우리가 시간에 대해 알고 있는 방식으로 보지 않기 때문에 이런 제목이 유효한 것 같다. 

＜시간은 흐르지 않는다＞라는 책 제목을 인터넷 서점에서 몇 번 접했지만, '유튜브 영상 제목 같은 지나친 과장이  아닐까'라는 의심이 들었다. 애써 관심을 거두었지만 결국 제목에 끌려 읽게 되었다.

시간은 존재하고, 당연히 과거에서 현재를 거쳐 미래로 흐른다고 생각했었다.

이 책을 읽고 나니, 판도라의 상자를 열어버린 기분이다.

시간은 흐르지 않고, 세상은 사물들의 조합이 아니다.

시간은 불연속 하다

시계로 측정한 시간은 '양자화'된다. 다시 말해 특정한 값만 취하고 다른 값들은 없는 것이다. 시간을 연속적인 것이 아니라 여러 알갱이로 나뉜 것이라 생각하면 된다.

우리가 일상적으로 느끼는 시간이 흐른다는 속성이 사라지는 최소 시간을 '플랑크 시간'이라 부른다. 10의 -44승 초, 즉 10억 분의 10억 분의 10억 분의 1억 분의 1초이다. 이 엄청나게 짧은 시간 속에서 시간의 양자 효과가 나타난다.

시간의 '양자화'는 시간 t의 거의 모든 값들이 존재하지 않는다는 것을 암시한다. 상상할 수 없을 정도로 아주 정확한 시계로 시간 간격을 측정한다면, 측정된 시간은 오직 몇몇의 분리된 특정한 값만을 취할 수 있다는 얘기다. 간격은 연속적이라 생각할 수 없다. 균일하게 흐르는 것이 아니라 캥거루처럼 한 값에서 다른 값으로 껑충 뛰어넘는, 불연속적인 것으로 생각해야 한다.

다시 말해, 시간의 '최소' 간격이 존재하는데 이 간격 이하로 내려가면, 가장 기본적인 의미에서 보더라도 시간으로서의 개념은 존재하지 않는다.

양자역학처럼 분자들의 움직임이 어떤 방정식에 의해 예측 가능하지 않은 '양자 영역'에 진입하면 양자의 위치를 예측할 수 없고 확률 구름으로만 추정할 수 있는 것과 같은 개념인 것 같다. 시간 또한 양자화될 수 있다니, 낯설고도 기묘했다.

미시 세계에서, 시간은 의미가 없다.

사물의 미시적인 상태를 관찰하면, 과거와 미래의 차이가 사라진다. 사물의 기본 문법에서는 '원인'과 '결과'의 구분이 없다. 
예를 들어 이 세상의 미래는 현재의 상태에 따라, 즉 과거의 상태에서 더하지도 덜하지도 않은 현재에 의해 결정된다. 우리는 원인이 결과보다 앞선다는 말을 자주 하지만, 사물의 기본 문법에서는 '원인'과 '결과'의 구분이 없다. 대신 서로 다른 시간에서의 사건들을 연결하는, 물리 법칙들에 의해 표현되는 규칙성이 있는데, 여기서 미래와 과거는 서로 대칭적이다.

미시적인 관점에서 보면 과거와 미래의 구분은 무의미하다. 결국 과거와 미래의 차이는 세상을 보는 우리 자신의 희미한 시각 때문에 발생한다.

저자는 우주가 어떤 특별한 구성으로 '지금' 존재하며 시간의 흐름에 따라 변화한다는 생각은 타당하지 않다고 말한다. 또한, 과거와 미래의 차이는 기본적인 운동 법칙이나 자연의 문법 속에 있는 것이 아니라, 자연스럽게 무질서해져서 특수하거나 특별한 상황이 사라지는 것이라고 한다. 마치 분자들이 열에 의해 뜨거운 쪽에서 차가운 쪽으로 이동할 뿐 그 반대로 이동하지 않는 것처럼 말이다.

세상은 사물이 아닌 '사건'의 총체이다.

세상은 '사물'로 이루어진 것이라 생각할 수 있다. 물질로, 실체로, 현재에 있는 무엇인가로 이루어졌다고 말이다. 혹은 사건으로 이루어진 세상이라고 생각할 수 있다. 우연적 발생으로, 과정으로, 발생하는 그 무엇인가로 이루어진 세상으로 보는 것이다. 그 무엇은 지속되지 않고 계속 변화하며 영속적이지 않다. 기초 물리학에서 시간 개념의 파괴는 두 가지 관점 중 첫 번째 관점이 붕괴된 것이지 두 번째는 아니다. 변하지 않는 시간 속에서의 안정성이 실현된 것이 아니라, 일시성이 언제 어디서나 존재하게 된 것이다.

세상을 사건과 과정의 총체라고 생각하는 것이 세상을 가장 잘 포착하고 이해하고 설명할 수 있는 방법이다. 상대성이론과 양립할 수 있는 방법은 이것뿐이다. 세상은 사물들이 아닌 사건들의 총체이다.

사물과 사건의 차이는 '사물'은 시간 속에서 계속 존재하고, '사건'은 한정된 지속 기간을 갖는 것이다. 사물의 전형은 돌이다. 내일 돌이 어디 있을 것인지 궁금해할 수 있다. 반면 입맞춤은 '사건'이다. 내일 입맞춤이라는 사건이 어디에서 일어날지 묻는 것은 의미가 없다. 세상은 돌이 아닌 이런 입맞춤들의 네트워크로 이루어진다.

'사물' 자체도 잠깐 동안 변함이 없는 사건일 뿐이다. 이후에는 먼지로 돌아간다. 사실 모든 것은 언젠가 먼지가 된다. 이처럼 시간의 부재가 모두 얼어붙어 꼼짝도 하지 않는다는 의미는 아니다. 세상을 괴롭히는 끊임없는 사건들이 시간의 흐름으로 정리되지 않으며, 거대한 똑딱이로 측정되지도 않는다는 뜻이다. '시간'이 그저 사건을 뜻하는 것뿐이라면, 모든 사물은 시간이다. 시간 속에 있는 것만 존재한다.

사물도 결국 잠깐 동안 변함이 없는 사건일 뿐이고, 이후에는 먼지로 돌아간다. 우리는 '실체'의 관점에서 세상을 파악하려고 했지만 오히려 세상은 사건들 사이의 관계로 이해될 수 있다.

우리가 시간을 만들어냈다.

우리는 이야기다. 우리의 눈 뒤쪽에 있는 복잡하기 짝이 없는 20센티미터 영역 속에 담긴 이야기들이다. 또한 우리는 선이다. 이 혼란스럽고 거대한 우주의 조금 특별한 모퉁이에서 세상의 일들이 뒤섞이면서 남긴 흔적들, 미래에 일어날 일들을 예견하고 엔트로피를 성장시키도록 맞춰진 그 흔적들이 만들어낸 선들이다. 

이 공간, 즉 앞날을 예측하려는 우리의 연속적인 과정과 결합된 기억이 시간을 시간으로, 우리를 우리로 느끼게 하는 원천이다. 우리가 내적 성찰을 통해 공간이나 물질이 없는 곳에서 존재하는 일은 상상할 수 있지만, 시간의 흐름 속에서 존재하지 않는다는 상상을 할 수 있을까?

이것은 우리가 속한 물리계가 나머지 세상과 특별한 방식으로 상호 작용을 하고 흔적을 남기며, 물리적 실체인 우리가 기억과 예측을 하기 때문이다. 또한 이 예측은 사소하지만 귀중한 시간에 대한 관점을 갖게 해준다. 시간은 우리를 세상의 일부와 접하게 해준다. 그러니까 시간은, 본질적으로 기억과 예측으로 만들어진 뇌를 가진 인간이 세상과 상호 작용을 하는 형식이며, 우리 정체성의 원천이다.

그리고 우리의 고통의 원천이기도 하다.

우리는 어떤 것을 갖게 되고 그것에 집착했다가 결국은 끝나기 때문에 고통이다. 우리를 고통스럽게 하는 것은 과거에 혹은 미래에 있지 않다. 지금 여기에, 우리의 기억 속에, 우리의 예측 속에 있다. 우리는 영원불멸을 갈망하고 시간의 흐름에 고통스러워한다. 시간은 고통이다.

이것이 시간이다. 이런 특성이 우리를 매혹시키며 안절부절못하게 만들고, 어쩌면 이런 고통스러운 측면 때문에 여러분도 지금 이 책을 손에 들고 있을지 모른다. 왜냐면 시간은 세상의 일시적인 구조이고 세상에서 일어나는 사건들의 일시적인 변동일 뿐이면서도, 우리를 어떤 존재로 생기게 할 수 있기 때문이다. 즉, 우리는 시간으로 만들어진 존재다. 그 때문에 우리가 존재하고, 우리 자신에게 우리라는 소중한 존재를 선물하고, 모든 고통의 근원인 영원에 대한 허무한 환상을 만들게 한다.

우리가 공간과 사물을 바라보는 방식이 시간을 만들어냈다. 무언가를 얻고 잃는 고통의 과정을 겪으며 우리는 기억하고 상상한다. 이렇게 세상을 받아들이는 방식이 우리에게 시간을 만들어내도록 했다.

아우구스티누스에 의하면, 노래는 시간에 대한 인지이다. 우리가 양자화된 순간 속에서 들었던 '음'을 기억하고, 그다음 어떤 순간의 양자화된 순간 속에서 발현된 다음 '음'을 기억할 때 음악은 우리에게 흐르는 시간이 된다. 우리가 기억하기에 음은 시간을 타고 음악이 된다.

그래서, 시간은 무엇일까?

시간은 유일하지 않다. 궤적마다 다른 시간의 기간이 있고, 장소와 속도에 따라 각각 다른 리듬으로 흐른다. 방향도 정해져 있지 않다. 과거와 미래의 차이는 세상의 기본 방정식에서는 존재하지 않으며, 단지 우리가 세부적인 것들을 간과하고 사물을 바라볼 때 나타나는 우발적인 양상일 뿐이다. 이러한 관점에서 우주의 과거는 신기하게도 '특별한' 상태에 있었다. '현재'라는 개념은 효력이 없다. 광활한 우주에 우리가 합리적으로 '현재'라고 부를 수 있는 것은 아무것도 없다. 시간의 간격(기간)을 결정하는 토대는 세상을 이루는 다른 실체들과 다른 독립적인 존재가 아니다. 그것은 역동적인 장의 한 양상이다. 이 역동적인 장은 도약하고 요동치며 상호 작용할 때만 구체화되며, 최소 크기 아래에서는 발견되지 않는다.

세상의 시간을 잘게 쪼개고 쪼개서 나온 최소 시간에서는 과거와 미래의 차이가 없다. 그 간격은 연속되지도 않는다. 시간은 무질서한 사건들의 발생이다.

미시적인 관점에서는 모든 것이 특별하기 때문에 시간은 의미가 없다. 다만 미시적인 사건들이 모여 여러 가지 경우의 수가 합쳐지는 경우 엔트로피는 증가한다. 시간은 사건들의 총체이기에 시간은 변화한다.

모든 사물에 공통적으로 적용되는 현재는 없다. 사물은 각각의 광원뿔을 가진다. 현재는 과거와 미래를 잇는 점이다. 그렇다면 나의 현재를 공유하는 다른 사물들이 더욱 소중하게 느껴진다. 널찍한 과거와 미래 그리고 그 찰나를 잇는 나의 지금이 당신의 지금과 교차하여 맞아떨어진다.

우주에 널려진 수많은 시간의 원뿔들 중에서 당신과 나의 지금이 만나 교차하는 이 순간이 얼마나 우연적이고 운명적이란 말인가.

당신은 미래에, 나는 과거에 있어 이 공간에서 만나지 못할 수 있었다.

그러나 당신과 나는 지금 서로 다른 현재에서 미묘한 시간의 틈을 교차하여 마주 보고 있다.

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240여 페이지에 비교적 작은 판형의 이 책은 크게 3부로 나누어져 있습니다. 1부에서는 ‘지금까지’ 현대 물리학이 시간에 대해 알아낸 것을 요약하고 있습니다. 저자는 우주에는 단 하나의 유일한 시간이 존재하는 것이 아니라며 일반인들이 시간을 파악하는 유일성·독립성·방향성 등 세 가지의 층위를 하나씩 검토합니다. 여기서 유일성은 우주에는 단 하나의 시간대만이 존재한다는 믿음을 가리키고, 방향성은 시간이 반드시 과거로부터 미래를 향해 나아간다는 것을, 독립성은 시간이 다른 어떤 존재의 영향도 받지 않고 규칙적이고 일정하게 흐른다는 것을 의미합니다.

우선 아인슈타인의 일반상대성이론에 따르면 중력이 커질수록 시간의 흐름은 점차 느려지듯이 시간의 개념은 중력의 크기에 따라 달라집니다. 이 때문에 블랙홀 근처에서의 몇 분은 지구에서의 수백 년에 해당하고, 지구의 같은 도시 안에서도 지구 중심과 좀 더 멀리 떨어진 산에서의 시간이 평지보다는 미세하게 빠르게 흐릅니다. 이로써 시간은 유일무이하지도, 독립적이지도 않다는 것이 증명됩니다.

또 인간은 과거·현재·미래를 연속된 하나의 ‘선(線)’으로 인식하지만 저자는 우주에는 단일한 선이 아닌 무수히 흩어진 점(点)으로서의 시간만 존재할 뿐이며 과거·현재·미래로 시간을 구분하는 것은 무의미한 일이라고 이야기 합니다. 물론 한 방향으로 나아가는 것도 아니며 규칙성을 가지고 일정하게 흐르지도 않습니다. 단지 시간에 관한 우리의 지각 오류가 시간의 방향을 만들어 냈을 뿐이라는 것이죠.

나아가 저자는 기간은 서로 다른 두 순간에 시계를 봐야 측정할 수 있는데, 우리는 언제나 하나의 순간에 있지 두 순간에 동시에 존재할 수는 없으므로 시계로 기간을 측정하는 것도 불가능하다고 말합니다. 즉 우리는 현재 속에서 현재만 볼 수 있고, 과거의 ‘흔적’이라고 해석되는 것들을 볼 수는 있지만 과거의 흔적을 보는 것과 시간의 흐름을 인지하는 것에는 큰 차이가 있다고 합니다.

2부에서는 ‘사물’이 아닌 ‘사건’으로 이루어진 세상인 ‘시간이 없는 세상’을 검토해 봅니다. 우주의 시간은 우리가 보는 것과 전혀 다르게 작동하는데, 인간 지각능력의 한계를 넘어서는 우주 본래의 원초적 시간에는 순서나 질서 그리고 이를 바탕으로 한 흐름이 없다고 합니다. 시간은 단지 물질들이 만들어내는 사건 간의 관계일 뿐이라는 것이죠.

그렇다면 시간의 원천과 최소단위는 무엇일까요? 저자의 '루프양자중력이론'(loop quantum gravity theory)에 따르면 시간 혹은 시공간은 아주 작은 알갱이(양자)로 전자와 같은 물리적 실체로 시공간은 양자역학적 특성인 ‘중첩’의 원리에 따라 과거와 미래의 구분이 흐릿합니다. 특히 시공간은 마치 전자가 입자검출기에 잡히거나 광자와 충돌해야 구체적인 위치에서 발견되는 것처럼 양자적 특성을 띠어 상호작용하지 않는 한 발현되지 않습니다. 즉 시간이나 공간 그리고 이 둘이 직조된 시공간은 뭔가와 상호작용이나 관계를 하지 않으면 구체적인 물리적 실체로 나타나지 않는다는 것입니다.

이 논리를 확장하면 우주에 어떤 변화나 사건이 없으면 시간은 존재하지 않게 됩니다. 이에 대해서 저자는 우주의 뼈대인 시공간이 바로 관계적 특성을 지녔기 때문에, 세상은 사건들의 상호 관계적 구조로서 사건과 과정의 총체라고 정의합니다. 사실 이 책의 원제는 ‘시간의 질서(The Order of Time)’입니다. 이 책을 읽어 보면 우주 본래의 원초적 시간에는 순서나 질서, 그리고 흐름이 없다는 결론으로, 원제의 제목이 역설적인 의미가 담긴 제목이라는 사실을 알 수 있습니다.

우리가 유한한 세계에 살고 있기 때문인지, 시간에 대한 관심이 많습니다. 그래서 타임머쉰을 비롯한 타임슬립 영화와 소설 들이 인기죠. 이 책은 그러한 영화나 소설의 근거가 되는 시간에 대한 현대과학의 성과를 양자이론과 중력이론을 결합한 '루프양자중력이론'이라는 개념으로 불랙홀을 새롭게 규명한 우주론의 대가이자 양자중력 이론의 선구자로 불리는 세계적인 물리학자가 집대성한 책으로 ‘시간’의 본질에 대해서 궁금하신 분들에게 일독을 권합니다.

원제는 order of time...시간의 질서인데...

첫장은 시간이 물리학적으로 절대적 동일한 값이 아니라, 상대적으로 다른 값임을 아주 쉽게 설명한다. 시간을 측정하는 시계는 이 경우 맞지 않는 것임을 알수 있다. 상대적인 물리량을 측정하는 계측기가 아마도 따로 있는 거 같다. 그래서 저자는 산에 있는 경우와 평지에 있는 경우 시간이 다르게 흐른다는 것을 도식화하여 명확하게 설명한다.

두 번째 장은 엔트로피라는 개념을 확립한 클라우지우스의 법칙이 핵심이다. “열은 차가운 물체에서 뜨거운 물체로 이동할 수 없다.” 엔트로피는 고립된 상황에서 절대 감소하는 일은 없다. 이것이 열역학 제2법칙이다. 그리고 저자는 기초 물리학에서 과거와 미래의 차이를 아는 유일한 방정식으로 소개한다. 그리고 불운한 볼츠만의 “엔트로피가 세상에 대한 우리의 희미한 시각이 식별하지 못한 미시적인 상태들의 수일 뿐”이라는 놀라운 사실에 대해 소개한다.

세 번째 장은 언뜻 이해하기 어려운 개념이다. “우주의 현재는 존재하지 않는다.” 현재라는 개념은 시간이 핵심인데 말이다. 이 개념은 아마도 우리가 관측하는 시점은 이미 그 관측 대상의 시점이 과거라는 상황을 함축한 것이라고 볼수 있겠다.(시각으로 전달하기 위해 빛의 속도는 우주의 크기에 비하면 너무 느리다.)

네 번째 장은 아리스토텔레스와 뉴턴의 시간적 개념을 상대성 이론으로 통합한 아인슈타인을 정리한 내용이다. 시간과 공간에 대한 이론인 중력장 이론. 중력장 이론은 자연스럽게 어떤 내용이 등장할지를 암시한다. 왜냐하면 중력장은 모든 사물처럼 양자적 특성을 가져야 하기 때문이다.

그래서 다섯 번째는 시간의 양자적 특성을 입자성, 양자중첩, 양자의 구체성이 물리적 쳬계와의 관계에서 발현된다는 세가지 현상으로 설명하는 듯 하다. 이부분은 양자역학에 진입하는 상황이라 잘 이해가 되지는 않는다.

다음은 세상이 사물로 이루어진 것이 아니라 사건이 이루어져 있음을 말한다. 한문장으로 양자 사건들의 방대하고 무질서한 그물이다. 그리고 이어지는 각 장들은 내가 느끼기에는 모호하고 이해하기 쉽지 않으며, 어찌보면 철학적 문체로 느껴지기도 한다. 아인슈타인의 말이라고 하는 ‘과거와 현재, 미래의 구분은 집요하게 계속되는 착시일 뿐“이라는 것을 우리가 흔히 생각하는 물리학적 내용으로 어떻게 이해해야 할까? 살짝 아주 기초적인 설명으로 저자의 루프 양자중력을 다루고 있는데, 글쎄...

내용은 서서히 받아들이기 쉽지 않은 방향으로 흐른다. 내가 방향을 잃었다는 것이 맞을 듯 하다. 물리학적 지식과 저자의 설명을 따라가는 집중의 부족일지도 모르겠다. 다만 고등학교 화학시간에 들어본 개념인 엔트로피가 재 등장하는 부분은 개념만이라도 반가웠다. ”엔트로피는 점차 증가하게 되는데, 이러한 엔트로피의 중가가 우리가 경험하는 시간의 흐름이다.“ 우주의 시간이 같지 않기 때문에 우주의 탄생 초기에는 엔트로피가 낮았다는 사실을 그냥 관측자료로 받아 들이면 된다고 한다.

책의 후반부는 관념적 철학적 내용일 수도 있겠다. 모호하고, 어쩌면 난해하며 훌쩍 지나가 버리기도 한다. 어쩌면 이 책이 말하는 시간의 특성일 수도 있겠다. 옮기기도 벅차고, 힘겨우니 나머지는 독자들의 경험과 판단일 뿐이다. 이해를 구하고자 여기저기 찾아보니 번역도 오류가 있다고 하는데, 원문과 꼼꼼히 비교해 보지 않는다면 나같은 하수가 어찌 그런 것까지 판단하며 독서를 할 수 있겠는가!