【 리 스몰린의 시간의 물리학 】 - 실재하는 시간을 찾아 떠나는 물리학의 모험

_리 스몰린 / 김영사

“물리학을 믿는 나와 같은 사람들은 과거, 현재, 미래의 구별이란 단지 고질적인 환상일 뿐이란 사실을 알고 있다.” _알베르트 아인슈타인

그럴까? 시간은 단지 환상에 불과할까? 위에 언급된 아인슈타인의 말 속에는 실재와 진리를 자각하려면 시간이라는 환상을 초월해야 한다는 생각도 담겨있는 듯하다. 이 책의 저자는 저명한 이론물리학자이다. 결론부터 이야기하면, 저자는 “공간은 환상일 수 있지만, 시간은 분명 실재한다”고 힘을 준다. 따라서 저자는 이 책의 많은 부분에서 시간의 실재성에 대한 믿음을 뒷받침하는 과학적 논증을 제시하고 있다. 아울러 우리는 시간을 바라보는 방식에 따라 세계에 대해 생각하는 방식이 달라지기 때문에 ‘시간 속에서 생각하는’ 시간이 필요하다고 한다.

상대성과 비시간성

아인슈타인은 특수상대성이론을 개발하며 시간의 본성과 관련된 전략을 생각했다. 그는 시간이 관계적인지 절대적인지에 관한 논점에서 관계적인 입장을 받아들였다. 시간은 변화하며, 지각된 관계에 관한 것이라는 뜻이다. 절대적 혹은 보편적 시간이란 존재하지 않는다. 초기 저술에서 아인슈타인은 조작주의(operationalism)라고 불리는 전략을 활용했다. 1916년에 일반상대성이론에 관한 논문을 발표한 후, 아인슈타인은 1년도 채 지나지 않아 이 이론을 전체 우주에 적용한다. 그는 우주가 마치 구와 같이 유한한 연장을 갖고 있지만 경계가 없다고 상상하며 이와 같이 작업했다. 이것은 매우 심오한 단계였다. 최초로 우주를 자기충족적이고 유한한 것으로 본 것이다. 아인슈타인은 시간을 측정하는 데 쓰이는 모든 시계는 계의 내부에 있다고 가정해야 했다. 계밖에 있는 시계에 대한 필요성을 없앰으로써 일반상대성이론은 관계론적인 물리학을 구축하는 여정에서 진일보를 이뤄내게 된다. 그러나 이 이론은 여전히 뉴턴적 패러다임에 기초해 있었다. 왜냐하면 이 이론은 비시간적인 배위공간에 비시간적인 법칙이 작동하는 것으로 공식화될 수 있기 때문이다.

공간의 출현

시간만큼 신비로운 것이 공간이다. 공간은 어디에서나 쉽게 찾을 수 있다. 저자는 시간이 공간과 매우 다르다는 것을 이해함으로써 시간에 대한 우리의 개념들을 발전시킬 수 있다고 한다. 공간이 양자역학적 수준에서 전혀 근본적인 것이 아니며, 더 깊은 질서로부터 출현하는 것이라는 혁명적인 통찰로 이끌어준다. 기술이 발전하기 전 사람들은 지구의 표면이 2차원적이라는 사실 때문에 상대적으로 고립되어 있었다. 대부분의 사람은 평생 걸어갈 수 있는 거리 안에 수백 명의 사람만을 만날 뿐이다. 이들은 이웃하는 마을들과의 상호작용을 늘리기 위해 잔치와 축제를 여는 등 최선을 다했다. 몇몇 두려움을 모르는 상인들은 외국으로 모험을 떠났다. 그러나 공간은 우리 대부분을 서로 이방인인 채로 남겨두었다. 과학의 발달은 인간과 인간과의 공간을 더욱 빠르고 가깝게 만들어주는 역할을 감당했다. “이제 세계가 훨씬 더 많은 접속을 가진 연결망이라고 생각해보자. 사물들은 서로에 대해 더 가까이 있게 된다. 연결망을 통해 연결되기 위한 단계들의 수가 더 적어지고, 연결망 속 임의의 두 매듭 사이에서 신호를 전달하는 시간이 줄어든다.”

시간의 미래

시간의 미래도 흥미로운 주제이다. 자연법칙들은 실재적 시간 개념 안에서 진화하며, 이러한 시간 개념은 우리의 원리들과 결합하여 우리에게 새로운 우주론적 이론의 토대를 제공해준다. 논리와 수학은 자연의 양상들을 포착할 수는 있지만 결코 자연전체를 포착할 수는 없다. 수학으로는 결코 나타낼 수 없는 실재의 양상들이 존재한다. 그중 하나는 실재 세계는 항상 어떤 특정한 순간으로 존재한다는 것이다. “만약 실재하는 모든 것이 순간 속에서 실재한다면, 법칙들과 상태들 사이의 구분은 상대적인 것이어야 하며, 이는 우리 자신이 속한 것처럼 상대적으로 차갑고 고요한 시대에서야 비로소 나타나고 식별 가능한 것이다. 그러나 좀 더 격렬한 다른 시대에 대해서는 이 구분이 세계에 대한 새롭고 완전히 동역학적인 기술을 통해 해소되어야 할 것이며, 이 기술은 합리적이면서 충분한 근거의 원리에도 들어맞을 것이다.”

에필로그

저자는 물리학 또는 수학에 배경지식이 없는 일반 독자들도 이해 할 수 있도록 책을 썼다고 하지만, 만만히 넘길 내용들이 아니다. 그나마 다행스러운 것은 숫자나 기호 울렁증이 일어날법한 물리학 수식이 없다는 점이다. 간간히 텍스트의 이해를 돕기 위한 삽화가 있을 뿐이다. 핵심적인 질문은 가능한 한 가장 단순한 예를 들어 설명했다고 한다. 책은 크게 두 챕터로 구성된다. 1부에선 ‘무게 : 추방된 시간’을 타이틀로 시간이 환상이라고 믿게끔 하는 과학의 사례를 제시하고, 2부에선 ‘빛 : 다시 태어난 시간’을 주제로 1부에서 제시된 논증을 논박한다. 덧붙여 기초 물리학과 우주론이 현재 당면한 위기들을 극복하기 위해 왜 시간을 실재하는 것으로 받아들여야 하는지를 이야기한다.

“출판사에서 도서를 지원 받아 작성한 리뷰”

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https://bnk.kpipa.or.kr/home/v3/addition/adiPromoMetaDataView01/seq_20220817150749942343

시간이라는 요소를 다루는 만큼 인문학적으로도 영감을 받을 수 있는 책이다. 

이 책은 우리가 알고 있던 평범한 시간의 개념을 인식에서부터 파괴시킨다. 생각해 보면, 지구 바깥을 조금이라도 둘러보기만 해도 이미 우리가 알던  ‘과거’, ‘현재’, ‘미래’의 의미가 불분명해진다. 우리로부터 30만km에서 벗어난 모든 것들은 우리의 관측 시점에서 이미 과거이기 때문이다. 즉, 우리가 현재라고 느끼는 시점은 진정한 현재가 아니며, 우주라는 현상계 내에서 이미 과거와 현재는 절대적인 것이 아닌 관측자의 관측에 따른 상대적인 것이다. 책에서는 아예 우주는 그저 순간들로 이루어진 광대한 집합체일 뿐이며, 그 중 일부의 순간을 우리와 같은 존재가 경험하는 것일 뿐이라고까지 한다.  

읽으면서 그 유명한 칼 세이건의 ＜코스모스＞랑 비슷하다는 생각이 들었다. 시간의 실재성을 설명하기 위해 빛의 파동과 에너지의 변화를 나타내는 여러 그래프와 법칙들을 동원하면서도, 이러한 이론물리학을 통해 도출해 내는 결론은 한 개인이 관측자로서 우주를 파악하고  때로는 우주적 차원에서 단선적이지 않을 수도 있는 시간을 지각하게 함으로써 충분히 철학적이다. 

“그 어떤 것도 끝나지 않는다. 왜냐하면 애초에 시작된 것이 없기 때문이다.(…) 점점 닳아 없어지는 시간의 흐름이란 존재하지 않는다. 왜냐하면 시간의 흐름 자체가 없기 때문이다. 오직 삶의 순간들만이 항상 존재해왔고 앞으로도 그럴 것이다.”(165)

(이 서평은 김영사 서포터즈 활동의 일환으로 도서를 제공받아 작성하였습니다)

마지막 페이지를 넘기면서, 바로 처음부터 다시 봐야하는게 아닌가 하는 생각이 들었다. 그럼에도 불구하고, 다음을 기약하고자 다짐했는데... 리차드 뮬러의 책도 봐야할 것 같고, 카를로 로벨리의 책도 봐야 할 것 같았다. 그래서 일단... 문제는, 그 책들에 대한 이해도 크게 다르지는 않을 것 같다는 점인데... 쩝. 어쨌든 물리학을 공부해보고 싶은 생각이 들었다. 

맥스 테그마크의 책을 읽으면서 평행우주에 대한 물리학적인 해석을 접했을 때 참신했고, 새로운 인식을 할 수 있게 된 것 같았는데... 이 책에서 그러한 해석의 가정이 가질 수 있는 한계를 접하게 되니, 이건 어설픈 이해에 또 한겹의 어설픈 이해를 덧씌우는게 아닌가 싶기도 하다. 

다만 이러한 류의 물리/우주론 교양서적을 읽으면서 단상적으로 생각했던 두가지 문제에 대해서 조금은 고민과 단편적이나마 이해를 늘린 것 같다는 생각이다. 한가지는 좀 오래된 고민이었는데, 뉴턴적 세계관이 가지는 결정론적인 한계를 비판하면서 양자역학의 이야기를 하던 글들을 접했을 때였다. 슈뢰딩거의 고양이도 그렇고, 하이젠베르크의 불확정성의 원리도 그렇고... 단순하게 얘기해서 기계론적인 세계관의 한계를 현대과학이 밝혀냈다는 식의 논리였는데, 내 짧은 지식과 이해로도 양자역학도 결국은 확률분포 함수는 결정하는 수학적 표현이 아니던가? 약간의 바운더리를 가진다는 차이는 있으나, 이것이 결정론적 세계관과 본질적으로 다른것은 아니지 않나? 라는 생각과 이야기를 해본 기억이 있다. 그때부터 남아있던 나름의 찜찜함이 이 책을 통해서 조금은 풀렸다. 

또 하나는 수학이 우주를 설명하는 원리라 하면, 과학의 언어라 하면... 수학이 우주의 본질인가, 혹은 필연적 표현형식인가? 수학이 우주원리 자체인가? 라는 질문이다. 이는 특히 테크마크의 책을 볼때 들었던 질문으로, 이 사람은 거칠게 말하면 수학과 우주를 동일시하는 성향이 있었던 듯 하다. 다른식으로 표현하면, 대통합이론 등 우주를 표현하는 이론은 수학적으로(좁게는 수식적으로) 결정될 것이고, 아직 인간의 과학은 그 수식(체계)를 발견하지 못했다는 가정에 대한 의심이라 하겠다. 당연히(?) 불확정/확률적 요소를 가진 양자역학 방정식의 기반이 있겠으나, 어쨌건 정해진 수식 - 우주의 시작부터 끝까지 - 에 따라 우주가 존재한다는 가정에 대해, 과연 그럴까? 새로운 표현법이 계속적으로 나오는 건 아닐까라는 생각을 해 본 것 같다. 즉, 완벽한 수학체계의 발견은 결국 우주과학의 이론적 종착점을 가정하는 것일텐데, 역시나 한계가 있는 것이지만 뉴턴적 세계의 바운더리 내에 있는 유체역학이나 생태학적인 부분들도 수식적으로 완벽히 체계를 갖추는게 불가해보이는데 우주물리는 가능할 것 이라는 가정이 납득이 안되었던 것 같다. 

책의 주요 내용인 '시간의 실재성', 그리고 '공간의 창발적 본질'에 대한 이야기에서... 우주의 기원과 종말, 그리고 공간적 한계에 대한 이 책의 서술에서, 내가 가졌던 두가지 의문들, 그것의 배경이 되었던 설명들도 가설일 뿐이며, 다양한 한계가 있다는 것을 알게 되었다. 뭔가 시원했고, 가려운 곳을 긁어주는 듯한 느낌이어서 그런지, 리 스몰린의 이론체계에 대한 호감이 강력히 들었다. 

"원리적으로 자연 속에는 우주의 나머지 부분에 의한 영향으로부터 고립된 계가 존재하지 않음... 이러한 결론은 하나의 원리로 승격시킬만한 가치가 있으며, 그것을 고립계 부재의 원리(Principle of no isolated systems)라 부르겠다"는 선언이 인상적이었다. 지극히 기초적인 지점에서 동의할 수 밖에 없는 원칙이라 생각되고, 뉴턴이던 아인슈타인이던 자신의 이론체계를 정립할 때 이 원칙에서 어긋하는, 한계점을 가진 가정에서 우주론을 세웠다는 사실이 자명하게 이해되자, 현대 우주론이 추구해야 하는 바가 정말 기본적인 현상에 대한 설명의 시작점부터 근본적인 고민을 하는구나..라는 이해가 다가오더라.

그렇지만 무한한 우주라는 가정이 가지는 또 하나의 본질적인 한계에 대한 설명에 다시금 혼란이 왔다. "만약 우주가 공간적으로 닫혀있지 않다면 우주는 반드시 공간적으로 무한해야 한다. 이는 직관과는 반대로 공간에 경계가 존재함을 의미한다. 이 경계는 무한히 멀리 떨어져 있지만, 그럼에도 불구하고 정보는 그 경계를 통과할 수 있다. 그 결과 공간적으로 무한한 우주는 자기충족적인 계로 간주될 수 없다. 우주는 그 경계로부터 들어오는 모든 정보를 포함하는 더 큰 계의 일부로 간주되어야 한다." 무한하다는 것이 무한이 멀리 떨어져 있는 경계가 있다는 말... 경계가 없다는 말이 아니란 설명이 납득이 안간다. 물론 경계가 없다는 것이 무엇인지 설명할 수도 없지만. 그래서 무한우주는 설명되기 어렵다는 건데...

그렇다면 유한한 우주는? "만약 경계가 유한한 거리로 떨어져 있다면, 우리는 경계 밖에 여전히 더 많은 공간이 있다고 상상할 수 있다. 경계에 대한 정보는 경계 너머의 세계로 부터 무엇이 오는지를 통해 해명될 것이다." 이러한 설명이 수학적인 합리성을 가질 수 있을 것 같다. 경계조건 내에서의 우주에 대한 설명이 가능하겠고, 경계조건이 (어떠한 이유에서이든) 바뀌면 우주의 역학이 바뀔 것이라고도 논리적인 가정과 전개가 가능하다. 그런데... 그렇다면... 그 우주의 경계 밖은 무엇이라고 불러야 하는 것이냔 말이다. 이는 '우주'라는 것이 무엇이냐는 정의의 문제를 해결하지는 못하고 있는 것 같다. 하여간, 이런 한계라는 것을 적극적으로 가정하는 이야기도 처음 본 것 같긴 하다. 테그마크는 그런식으로 얘기했던 것 같다. 

다만 여기서의 수학적인 설명을 한다는 것도 내 기존의 인식과는 다른 것 같았다. 중간은 건너 뛰고, 저자는 우주의 법칙은 진화를 한다고 생각하고 있고, 그 이야기는 우주의 법칙을 설명하는 수학이 역시 진화한다고 말을 한다. 다만, 아주 엄격하게..."실제로 수학은 자연 이후에 등장한다. ... 수학에서의 결론이 논리적 함축에 의해 강제된다면 자연 속의 사건들은 시간 속에서 작용하는 인과적 과정들에 의해서 생성된다... 논리적 함축은 인과적 과정의 양상을 모형화할 수 있지만, 이것이 인과적 과정과 동일한 것은 아니다. 논리는 인과성의 거울이 아니다." 역시 설명의 과정을 뛰어 넘어서 이렇게 말할 수 있을 것 같다. 우주를 설명하는 수학적 체계는 우주의 존재이유를 설명하는 것이 아니라, 존재 형태를 기술하는 것이다. 수학적으로 설명될 수 없는 인과율에 의해 우주가 진화를 하면 수학체계를 따라서 진화를 해야 할 것이다. 수학이 자연에 선행하는 것은 아니다. ... 대체로 아주 지극히 당연한 말인 것 같은데, 적어도 나는 이런 적극적인 주장을 이 책에서 처음 접한 것 같다. 내 사고, 접해본 문헌의 한계가 명백해지는 순간이었다. 

리 스몰린이 과학철학계의 인물들과 교류도 많았다고 하는데, 과학교양서이면서 존재론, 실재론 등으로 이야기할 수 있을 철학적 논점들을 함께 많이 생각할 수 있는 기회였던 것 같다. 절대 쉽지는 않았지만, 문장들이 비교적 난해하지 않게 되어 있어 따라가는데 버겁지 않았다는 것이 저자를 높게평가하게 한다. 

평소 시간에 대해서 많이 생각하는 편,

물론 ㅋㅋ 그렇다고 시간을 되게 알차게 쓰는건 아닌데ㅡ 학생 때 되게 시간을 쪼개서 쓰고 기록했기도 했고 이제는 좀 느슨하게 살지만 ㅋㅋ 그래도 항상 시간 계산하고, 시간 가는게 아깝다는 생각을 하는 1인이다.

그래서 더더욱 시간에 대해 이야기하는 이 책이 읽고 싶었다.

이 책은 모든 사람을 위한 책이다. 왜냐하면 시간을 바라보는 방식에 따라 세계에 대해 생각하는 방식이 달라지기 때문이다. 설혹 시간의 의미에 대해 한 번도 생각해보지 않았다고 하더라도, 사고는 시간에 대한 고대의 형이상학적 대념들로 채색되어 있기 때문이다.

p.12

우선 1부에서는 시간이 환상이라고 믿게끔 하는 과학의 사례를 제시하고 2부에서는 이런 논증은 논박하고 기초 물리학과 우주론이 왜 시간을 실제하는 것으로 받아들여야 하는지를 다루고 있다.

솔직히 시간이라는 개념 자체도 어려운데 여기에 과학적 이론까지 끌고오니 정말 어려울 줄 알았는데, 이 책을 일반인도 읽기 쉽게 썼다는, 배경지식이 없어도 이 책에서 논리적으로 다 풀어가고 최대한 쉬운 사례로 담아내겠다는 저자의 말처럼 어렵지만 그래도 이 책으로 충분히 읽어낼 수 있었다. 이게 바로 저자의 힘이겠지!

우리는 시간 속에서 작용하는 비시간적 자연법칙이라는 개념에 익숙해져 있고, 더 이상 이 개념을 이상하게 여기지 않는다. 그러나 충분히 먼 곳으로 물러서서 바라,보면 우리는 이 개념이 전혀 명백하지 않은 몇몇 거대한 형이상학적 전제들에 의존하고 있음을 알 수 있다.

p.258

앞서 말한 것 처럼 리 스몰린은 시간의 존재가 얼마나 중요한지 하나씩 풀어내고 있다.

우리가 너무나도 당연하게 생각해오던, 양자역학을 비롯한 물리학 들이 시간과는 관계없이 보편적으로 적용되는 법칙을 찾는 학문였더라고, 모두 시간을 고려한 것은 아니였다는 생각이 들더라.

참 너무나도 다영하게 시간을 고려하지 않았다.

하지만 리 스몰린은 시간의 실재성이 양자역학의 미스터리들에 대한 새로운 해결책을 가능하게 해주고

이 것이 우주를 이해하고 그 법칙을 설명해주기에 시간을 중요 변수로 고려해야 한다고 주장하고 있다.

더 자세한 건 이 책을 읽으면서 알아내가기로 하고!

뭔가 읽으면서 느낀건, 시간에 대해서 단편적인 생각만 했다는 것,

그리고 우리가 너무나도 당연하게 시간 속에서 시간을 배제했다는 것!

더 나아가기 위해서는 시간의 실재를 받아들여야 한다는 것이다.

이게 주류 과학(?)인 것 같진 않지만 이런 시선이 또 다른 발전을 가져온다는 건 사실이니까...

나 역시도 일반인이지만 평소와 다른 관점도 생각하게 되고, 시간의 실재에 대한 생각도 해보게 되니 좋았다.

"출판사에서 도서를 지원 받아 작성하였습니다."

어려울 걸 알면서도, 이해하기 위해 고군분투 할 걸 알면서도, 심지어 내가 이해한게 맞는지 100% 확신할 수 없으면서도 과학 도서를 읽는다.

이런 책을 만나는 즐거움 때문에!

"시간은 실재한다. 시간이란 무수한 찰나의 순간을 우리가 연속적으로 인식하는 것이다."라는게 저자가 말하고자 하는 바였다. 

관련하여 책에 담긴 과학적 이론과 주장을 명료하게 설명해 둔 훌륭한 리뷰가 이미 많이 있으므로, 나는 지극히 문과적인 나의 감상 및 잔상에 충실하고자 한다.

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요즘 “기억”을 소재이자 주제로 글을 쓰고 있어서 그런지 계속 저자가 말하는 “시간”을 나는 “기억”에 적용시켜 생각하게 되었다.

생각해보니 기억이란, 시간의 실재성의 근거라고도 볼 수 있는 것 같다. 시간이 존재했다는 것을 인지하고 있는 것이므로. 

(물론 매우 비과학적인 나의 생각이다.)

저자는 모든 것은 시간의 순간 속에서 실재한다고 말하는데, 시간의 순간이란 순간들의 연속, 그리고 끊임없는 그 연속 속의 한 찰나를 가리킨다. 

기억도 마찬아닌가. 

30대의 내가 3살의 기억을 가지고 있진 못하지만, 기억은 빈틈없이 쌓인 찰나의 순간의 연속이라 볼 수 있다. 23개월의 기억들이 24개월의 기억을 만들고, 24개월의 기억이 3살의 기억을 채우고, 결국 그렇게 쌓인 시간들로 지금의 내가 된 것이라 생각한다. 

많은 사람들이 시간은 그저 흘러가는 것이고, 질량도 형체도 없는 허상이라고 생각한다. (이게 과학적으로도 보편적으로 인정되는 담론이다.) 하지만, 기억처럼 단지 지금의 내가 바깥으로 산출해 낼 수 없다고 해서 존재하지 않았던 것이 아니다. 

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“시간이 시작된 초기에는 아마도 자연의 법칙이 지금의 법칙과는 상당히 달랐을 것이다.”

“법칙이 존재하지 않는다는 법칙 이외의 법칙은 존재하지 않는다.”

“그 무엇도, 심지어는 자연법칙마저도 시간을 초월하지 않는다. 법칙은 비시간적인 것이 아니다.”

하지만, 책을 읽으며 시간의 비실재성이 더 쉽게 받아들여질 수 밖에 없겠다는 생각을 했다. 

비시간적인것. 시간을 초월한 것. 이를테면, ‘영원한 사랑’과 같이 시간에 영향을 받지 않는 것을, 필멸의 존재인 우리들은 추구할 수 밖에 없다. 시간속에 존재하는 우리들은 불변의 것이 있다는 ‘판타지’를 가질 수 밖에 없는 것 같다.

*김영사서포터즈로 활동했습니다.

  고대로 거슬러 올라가야 할 만큼 시간의 존재는 논란의 대상이었고, 지금 또한 그 해답의 결론은 나질 않았다. 오랜 시간 물리학은 수학을 이용하여 여러 법칙들을 발견해 내었고 그 식에서는 늘 대칭성을 보여주는 해가 등장했다. 시간은 미래에도 과거에도 있을 수 있다는 것이었다. 이런 생각은 많은 부분을 단순화시켜 주었으며, 물리학 발전에 이바지한 것도 사실이다. 하지만 최종 이론의 꿈을 꾸기 시작한 이후 인간은 어떤 진전을 했을까? 끈 이론이 나타난 지 20년째 그것은 여전히 어떤 실채도 설명하지 못하고 있다.
  시간은 존재하지 않는다는 물리학의 거대담론에 맞서는 진영의 리 스몰린의 시간의 실재에 대한 자신의 의견을 담은 이 책은 김영사의 지원으로 읽어볼 수 있었다.
  물리학에서 시간이 실재하지 않는 것은 흔한 일이다. 뉴턴은 시간을 운동을 나타내기 위한 하나의 요소일 뿐이라고 했고 변화가 사라지는 순간 시간은 의미는 사라진다. 아인슈타인은 절대적인 관측자라는 시계에서 벗어나 관측자를 계 속에 포함시켰다. 절대적인 시간은 없고 시간은 그저 상대적인 것이었다. 우주에는 수많은 시계가 존재한다는 것이 일반 상대성 이론에서의 시간이다. 양자 역학에서도 시간은 존재하지만 시간의 방향성은 없다 그것이 양으로 흐르던 음으로 흐르던 양자 이론은 당연한 것이라고 판단하다.
  이런 시간의 인식은 변화의 찰나를 기억하는 복합체의 특성 때문에 인지되는 것이다. 스냅과 같은 무한한 찰나가 있고 우리는 그 찰나를 순서를 맞춰 인지하고 있고 그것을 시간으로 인지하고 있다는 것이다. 자연에는 법칙이 있다고 믿고 수많은 수식에서 도출되는 해 들은 그것을 그대로 증명하고 있기도 하다. 하지만 우리에게는 과거는 있지만 미래는 여전히 알 수 없는 것이다.
  상대성 이론의 주된 논거는 두 관측에는 동시성이 존재하지 않는다는 것이다. 동시성이라는 것은 같은 공간에서만 있을 수 있는 것이며 멀리 있는 두 관측자가 보는 것은 다를 수 있다는 것이다. 양자 역학은 어떤가 관측을 그저 확률로 얘기할 뿐이다. 우리가 보고 느낄 수 있는 것은 그 확률이 높아서 그런 것 같다고 얘기하는 것 같았다. 여기서 차원의 개념을 가져 나오는데 1차원에서 이웃은 2명, 2차원에서는 4명, 3차원이 되면 6방향에 이웃이 존재한다. 이웃은 늘 차원의 두 배만큼 존재한다. 우리가 3차원을 느끼며 살아가지만 우주는 무한한 차원의 우주일 수 있다. 이것은 소위 다중 우주로 얘기될 수 있다. 하지만 다 차원을 얘기하는 끈 이론은 여전히 아무것도 증명하지 못했다. 내가 마지막으로 본 것은 9차원이었는데 지금은 초끈이론이라 하여 11차원 초중력이론까지 발표되었다. 하지만 세상이 2차원이든 11차원이든 무슨 상관이랴 세상에 실재를 증명할 수 없다는 말이다.
  저자는 아인슈타인의 이론을 섭렵하였고 고리 양자중력 이론에 크게 이바지 한 학자이므로 그의 말이 전혀 근거가 없지는 않을 것이다. 하지만 그가 시간의 실재를 얘기하는 것이 자신의 철학적 신념이 바뀐 것인지 시간의 개념을 배제하고는 더 이상 앞으로 나갈 수 없어서 그런 것인지 그 의도는 알 수 없다. 하지만 저자는 뉴턴 이론, 일반 상대성 이론, 양자 역학, 열역학 등을 소환하며 이론을 아주 쉽게 설명하며 그들에게 있는 맹점이 무엇인지 얘기한다. 물론 그들에게 존경 또한 잊지 않고 있다.
  저자는 아인슈타인을 좋아하는 듯하다. 모든 학자들이 작은 상자를 만들어 놓고 여러 가정을 한 뒤 계의 밖에서 관측하여 설명하려 했지만 아인슈타인만은 우주라는 커다란 계 속으로 뛰어들어 이론을 완성시켰다. 지금 물리학에는 과감하게 다른 시점으로 접근하는 사람이 필요하다고 얘기하는 듯했다. 그의 의견 대부분은 상대방의 맹점을 채우며 주장하지만 자신의 의견 또한 완벽하지 않음을 얘기한다.
  저자는 무언가를 주장하려고 했다기보다는 많은 과학자들의 시야를 넓히고 싶었던 게 아닌가 싶었다. 이렇게 생각해 보는 게 어떨까? 다른 생각을 가진 사람도 필요하지 않을까? 그리고 우리도 아인슈타인과 같은 역할을 할 수 있지 않을까라는 거대한 미끼도 잊지 않았다. 많은 과학자에게 이 의견은 쉽게 받아들여지지 않을지도 모른다. 지금까지의 이론은 모두 이상적인 상태의 법칙이고 그것은 실재의 근사만을 표현할 뿐이라도 10의 40승이 넘는 왜란을 고려하며 연구할 사람이 얼마나 될까? 
  저자는 물리학에 생물학을 더하는 통섭을 시도하고 있었고 수학에 철학을 더한 사고를 하려 한다. 아무리 상자 속에 가둬 관측하더라도 중력이나 소립자 등의 막을 수 없는 왜란 때문에 관측은 늘 근사치일 뿐인 것이다. 우주는 생물학적이며 자라고 또 다른 우주를 놓고 한다. 엔트로피가 낮아져 결국 죽어버리는 우주가 아니라 후대에 DNA를 전달하는 복합체과 다르지 않다는 것이었다. 어린 시절 뉴튼이라는 잡지에서 본 무의 세계에 떠 있는 우주의 블랙홀이 다른 우주의 화이트홀로 이어져 있는 마치 거품과 같은 우주의 모습을 기억한다. 저자는 이런 우주를 이야기하는 듯했다.
  그리고 무엇보다 시간의 실재를 강력히 주장하는 것은 수학으로 우주가 설명되어 버리면 모든 현상과 변화는 정해져 있다는 숙명론적인 어떻게 보면 죽어 있는 세상이 되고 말 것이란 철학적 물음에 대한 답이기도 한 것 같았다. 우리는 과거가 있고 현재를 살아간다. 현재는 순간이지만 모든 현상들은 순간을 통한 인과관계가 성립된다. 시간의 실재는 인간의 자율 의지를 증명하는 것과 같기 때문에 저자는 그것을 믿고 싶은 것 같았다.
  저자의 논리는 굉장히 어려웠다. 하지만 타 이론들의 설명은 너무 명쾌하고 쉽게 설명되어 있었다. 저자와 철학을 공유하는 것이 이 책의 목적이겠지만, 그렇지 않더라도 세상에 뿌려진 많은 이론과 법칙 그리고 과학자들의 철학을 알 수 있는 과학사의 기능도 하고 있기 때문에 여러모로 유익한 책이었다.
 

p.14

우리는 만약 어떤 것이 가치 있다면 그것이 시간 바깥에 존재하기 때문이라는 뿌리 깊은 개념을 갖고 있는 것처럼 보인다. (...) 우리는 시간 속에서 행동하지만 비시간적인 기준들에 따라 우리의 행동을 판단한다.

이러한 역설의 결과 우리는 스스로 가장 가치 있다고 여기는 것으로부터 소외된 상태에서 사는 셈이 된다.

최근 읽기 시작한 철학서 '왜 세계는 존재하지 않는가'에 나오는 말과 비슷한 문제의식이 등장해 책을 향한 호감도가 높아진 채로 독서를 시작했다.

 리 스몰린의 시간의 물리학

저자

리 스몰린

출판

김영사

발매

2022.08.16.

시간과 비시간

우리는 시간의 영향을 벗어난 듯한 영원함에 큰 가치를 매기는 경향이 있다. 어느 시공간에서도 의미 있는 것을 진리라 부르며 그를 찾기 위해 애쓰는 것도 같은 맥락이다. 시간의 영향을 받지 않는, 비시간적 진리를 믿는 것은 시간 바깥에서 생각한다는 의미다.

시간 밖에서 생각한다면, 우리가 마주한 문제를 해결할 접근법이 절대적이며 이미 존재하는 범주들의 집합으로서 결정되어 있다고 보는 것이다. 반대로 시간 안에서 생각한다면, 우리는 새로운 개념, 전략, 사회조직을 발명할 수 있다. 세계의 모든 측면을 기술하는 수학 방정식이 존재하지 않기 때문이다. 그리고 이 발명은 '관계'에서 만들어진다고 한다.

관계론적인 세계에서는 모든 사물이 공간 속에 있는 게 아니라 관계의 그물망에 속한다. 관계가 공간에 선행하고, 사물은 관계에 의해 정의된다. 이러한 관계망은 정지하지 않고 계속 진화하기 때문에 우리는 계속해서 새로움을 만난다.

시간의 실재를 믿는 이유

새로움을 만난다는 것이 중요하다. 너무 이상적인 소리일지는 모르겠다만, 무언가를 제대로 알기 전, 앎을 향해 가는 과정에는 믿음을 빼놓을 수 없다고 생각한다. 믿음을 바탕으로 가설을 설정하기 때문이다. 그리고 무얼 믿을지 결정하는 데에는 지금까지 알아낸 근거가 중한 것도 사실이지만, 다른 게 아니라 이걸 믿어야 하는 이유도 큰 비중을 차지한다.

(내 표현대로라면) 저자는 시간의 실재를 믿는 사람이다. 그 이유는 시간의 실재를 믿을 때 우리의 닫힌 세상이 비로소 열리기 때문이다. 인류는 불확실함에서 비롯하는 상상력으로 번성한다. 시간을 받아들인다면, 기후 위기 등 현 인류가 당면한 문제 극복을 위한 방향성을 잡을 수 있다. 아예 새로운 관계에서 시작하는 만큼 이전과는 다른 새로운 관점을 얻는다.

p.415

우리에겐 새로운 철학이 필요하다. (...) 우리에게 필요한 것은 관계주의다. 관계주의에 따르면 미래는 현재에 의해 결정지어지는 것이 아니라 제약되며, 따라서 새로움과 발명이 가능해진다. 이는 비시간적이고 절대적인 완벽함으로의 초월이라는 잘못된 희망을 인간 행위자의 영역이 끊임없이 확장되는 진정으로 희망적인 관점으로 대체할 것이며, 이러한 새로운 관점에서 우주의 미래는 열려 있다.

과학과 철학

책을 모두 읽고 나면 뒷표지의 글 하나가 다시 눈에 들어온다. 카를로 로벨리의 저서 '만약 시간이 존재하지 않는다면' 일부다. 로벨리는 시간의 실재를 주장하는 유명한 과학자 중 한 명으로, 이 문제에 한해서는 스몰린과 대립하는 위치에 있다. 그는 이 갈등에 관해 이렇게 썼다.

이것이 바로 과학의 매력이다. 완전히 대립하면서도 그러한 대립 때문에 이루어지는 토론을 통해 서로 배울 수 있고, 반대되는 의견을 가지고 있을지라도 친형제처럼 가까이 지낼 수 있는 것이다.

로벨리와 이 책의 저자 스몰린은 절친한 사이임에도 시간의 실재성에 관해서는 다른 입장을 취한다. 두 입장 중 무엇이 정답인지 알지 못한다.

이 부분을 보면서 내가 과학에 대해 오해하고 있었고, 이 책을 통해 그 오해를 풀었음을 깨달았다. 나는 과학에는 정답과 오답만 있는 줄 알았다. 그래서 이 책을 만나기 전까지는 시간이 정말 존재하지 않는 줄 알았다(이해하지는 못했지만).

그러나 과학의 아직 밝혀지지 않은 문제에서는 긍정적인 힘을 내뿜는 갑론을박이 가능하다. 내가 재밌다고 생각하는 철학이나 윤리 문제처럼 말이다. 그래서 내가 이 과학 책을 어려워하면서도 포기하지 않고 흥미롭게 읽었나 보다.

책의 여는 글에도 적혀있지만, 이 책은 물리학이나 수학에 배경지식이 없는 일반인도 독자가 되길 바라는 마음으로 쓰였다. 그리고 이 정도면 저자는 성공했다! 읽기 쉬운 책이라는 건 절대 아니지만 논리 문제를 풀듯 곱씹어 보며 문장 하나하나 읽어나가면 된다. 여러 번 읽어보면 이해가 된다는 것도 철학서의 특징 같다. 철학은 재밌지만 과학에는 관심 없는 나 같은 사람들이 꽤 있으리라 믿는데, 꼭 도전해 보길 바란다.

※ 이 서평은 김영사 대학생 서포터즈 활동의 일환으로 김영사로부터 도서를 지원받아 작성하였습니다.

204 (9-18)리 스몰린의 시간의 물리학 - 실재하는 시간을 찾아 떠나는 물리학의 모험

#리스몰린

#강형구

김영사2022-08-16

원제 : Time Reborn: From the Crisis in Physics to the Future of the Universe

??난이도(내용) 상??

??흡입력 상??

??표지관련성 최상??

??창의성 최상??

??추천 최상??

492쪽 // 153*221mm // 640g

@gimmyoung

책의 구조는 아주 심플하다.

1부 무게, 1~7장까지 와 2부 빛, 8장~19장까지로 구성되어 있다.

1부 - 시간을 환상이라고 믿는 과학적 사례// 아리스토텔레스, 프톨레마이오스, 갈리릴레오, 뉴턴, 아인슈타인, 양자물리학.... 물리학의 시간의 개념을 추적한다.(일명 철학자들의 시간개념)

노래가 생각난다.(포기해도 놀라지 말아요~ 우리앞에 펼쳐진 2부는...너무나 힘겨워. 함께있어도)

2부 - 1부의 논증을 논박하고, 기초 물리학과 우주론이 현재 당면한 위기 극복을 위해 왜 시간을 실재인 것인 것으로 받아야들여야 하는지 최근의 이야기를 한다.

리 스몰린은 물리학을 전공했고, 현재 철학과 교수로 재직중이다.

번역작가 강형구는 과학철학을 전공하는 박사과정 중인 사람이다.

핵심어는 #과학철학 이다. 내가 애정하는 #비트겐슈타인 이 사람의 해시태그가 과학철학이다.(이만 퇴근하겠습니다 )

과학철학은 수학 과학 물리학이 기초가 되어야하는 것으로 들었다.(난 #철린이 )

그래도 난 할 수 있을 것이라는 자신감은 책을 읽고 난 후 자신감이 아니라 오만함이었다는 것을 알게 되었다. 내용이 어려운 건가, 번역이 어려운 건가, 아....

.54

분명 자네는 1 더하기 1이 2임을 확신해. 이는 자네가 직관적으로 확신 할 수 있는, 수학적 세계에 관한 사실이지. 따라서 1더하기1이 2라는 그 자체로 이성이 시간을 초월 할 수 있음을 보여주는 충분한 증거야. 그러면 2 더하기 2는 어떤가? 4 더하기 4는?... 따라서 자네가 확실하게 알고 있다고 할 수 있는 수학의 비시간적 영역에 대한 매우 많은 수의 사실이 존재한다네.

펜로즈(현존하는 최고의 수학자 중 한 명, 이론물리학자)는 우리의 마음이 가변적인 경험의 흐름 너머에 있는 비시간적이고 영원한 실재에 도달할 수 있다고 믿는다.

.91

그 어떤 수학적 대상도 우주의 역사를 완전히 나타낼 수 없는 단 순한 이유가 있다. 우주는 우주에 대한 수학적 표상이 가질 수 없는 속상 하나를 갖고 있기 때문이다. 실제 세계는 항상 특정한 시간 속에 잇고, 특정한 현재의 순간 속에 있다. 그 어떤 수학적 대상도 이와 같은 개별성을 가질 수 없다. 왜냐하면 한 번 구성된 수학적 대상은 비시간적이기 때문이다.

.280

제일 먼저 주목해야 하는 것은 우주가 사실상 선호되는 정지 상태를 골라 내는 방식으로 배열되어 있다는 것이다. 이는 망원경을 통해.... 그러나 이는 오직 하나의 관측자에게만 참인데 우리로부터 우주를 향해 빠르게 멀어지는 누군가에게는 그가 따라잡고 있는 그의 앞에 있는 은하들이 그의 뒤에 있는 은하들보다 느리게 움직이는 것으로 보이기 때문이다.

(...) 따라서 은하들이 움직임은 하나의 선호되는 관측자를 선택하며, 따라서 우주 속 각각의 점에서 선호되는 관 정지 상태를 선별한다.

.407

불을 통제 할 수 있다는 개념 그 자체만으로도 엄청난 상상력과 용기가 필요했을 것이다. (...) 이것이 바로 인간으로서의 삶이 하게 되는 거대한 협상이다. 우리는 불확실함이 정점에서 번성한다. (...) 나쁜 일들로부터 벗어나지 못한다는 인식과 함께 살아간다.

어릴 때 힘들거나 어렵거나 곤란한 일이 있으면 말하는 단어가 있다. “엄마!”

책을 읽는 간간히 엄마를 불렀다. 엄마가 바쁜데 자꾸 부른다고 등짝스메싱을 할 것 같은(추억), 그 등짝스메싱을 맞으면 이해가 될 것 같은 책이다.

함께해요

1. 김영사의 과학책을 사랑하는 분

2. 과학철학이 뭔지 궁금한 분

3. 시간이 과학으로 설명이 되는지 알고 싶은 분

4. 양자역학과 시간의 관계를 이해하고 싶은 분

5. 이 리뷰가 왜 ‘엄마’로 끝나는지 궁금한 분

근데 왜 최상이냐고??

로켓도 쏜 나라의 국민으로 이 정도는 좀 읽어줘야죠!!^^

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