과거, 현재, 미래의 구분은 단순한 환상에 지나지 않는다

아인슈타인은 “과거, 현재, 미래의 구분은 단순한 환상에 지나지 않는다.”고 말하며 ‘동시각의 상대성’에 대해 언급한 바 있다. 저자는 ‘동시’이면서 ‘동시’가 아닌 시간 개념의 수수께끼를 민코프스키 다이어그램을 이용해 ‘쌍둥이 패러독스’와 ‘우라시마 효과’로 명쾌하게 풀이해 준다.

쌍둥이 자매 시즈코와 쇼코 중, 언니 시즈코는 지구에 남고 동생 쇼코는 광속에 가까운 쾌속 우주선을 타고 우주 저편까지 왕복 여행을 했다고 가정해 보자. 시즈코가 볼 때 쇼코는 고속으로 운동하고 있었으므로, 시간이 천천히 흘러 수명이 길어진다. 따라서 시즈코와 쇼코가 재회했을 때는 시즈코보다 여행을 하고 온 쇼코 쪽이 젊을 것이다. 과연 그럴까 다시 한 번 생각해 보지 않을 수 없다. 왜냐하면 운동은 ‘상대적’이므로 우주선에서 보면, 지구가 왕복 운동을 했다고 생각할 수도 있기 때문이다. 즉 우주선에 타고 있는 쇼코의 관점에서는 시즈코의 시간이 느리게 흐르는 것으로 보이다. 그렇다면 더 젊은 쪽은 시즈코가 아닐까? 이것이 상대성 이론의 효과가 안고 있는 논리적 모순에 대해 이름 붙인 ‘쌍둥이 패러독스’ 다. 논리의 속임수는 지구와 우주선이 완전히 상대적이며 동등하다는 데 있다. 우주선은 목적지에서 방향을 바꿀 때 반드시 가속과 감속 단계를 거쳐야 하는데, 이때 우주선에 작용한 힘으로 인해 지구와 동등한 관성계가 될 수 없다. 따라서 나이를 덜 먹은 사람은 동생 쇼코 쪽이다.

‘우라시마’는 거북이를 구해 준 일본 동화의 주인공이다. 은혜를 갚은 거북이 덕분에 며칠간 용궁에서 호화로운 생활을 하다가 집으로 돌아와 보니, 이미 많은 세월이 흘러 아는 사람들은 모두 오래 전에 죽었다는 이야기다. ‘우라시마 효과’는 광속의 우주여행에서 귀환한 쇼코가 만나게 되는 비극적인 상황을 함축한다고 할 수 있다.

세계에 대해 가장 이해되지 않는 것은 세계를 이해할 수 있다는 것이다

물리적 세계의 통일이란 이를 지배하는 물리 법칙의 공통화요, 최소의 법칙으로 모든 사상(事象)을 설명하는 데 있다. 그러나 구체적인 값을 계산하기 위한 기본 수식을 제외한다면, 이해의 본질은 수식에 있지 않다고 저자는 말한다. 모든 법칙의 본질은 수식에 의하지 않는 직감적인 것, 다시 말해 감성적인 것이기 때문이다.

법칙의 통일을 꿈꾸었던 아인슈타인 역시 “세계에 대해 가장 이해되지 않는 것은 세계를 이해할 수 있다는 것이다.”라고 말한 바 있다. 그가 남긴 숙제도 마찬가지다. 가장 중요한 것은 옳은 길을 탐구해가는 과정이기 때문이다. 우주와 자연이 던지는 문제에는 정답이 존재하지 않으며, 문제 자체가 자연의 표상, 그 배후에 숨어 있기 마련이다. 실수나 실패를 두려워하지 않으며 정답을 찾기 위해 전진해 가는 삶의 매 순간 속에서 ‘상대적으로’ 옳은 해답을 얻을 수 있음을, 이 책 《아인슈타인의 숙제》는 말해 주고 있는 것이다.