우주와 시간

편집부 | 2016-09-16

[SOH] 광속은 단 1초 만에 무려 30만 킬로미터를 이동하는데, 달은 지구에서 광속으로 1.26초의 거리에 있다.

이미 잘 알려진 대로 한 시간은 60분이며, 우주의 나이는 137억년 이다. 이런 사실은 시간적 계산 방법으로 증명된 것이기에 이에 대해 의심을 하거나 반론을 제기할 사람은 아마 없을 것이다.

하지만 20세기의 가장 위대한 과학자로 꼽히는 알버트 아인슈타인은 이에 대해 “인간이 인식하는 시간은 그들이 만든 시계와 달력상에만 존재하는 잘못된 착각에 지나지 않는다”고 지적했다.

시간은 실제로 존재하는 것일까? 아니면 아인슈타인의 말대로 우리의 주관적인 착각에 지나지 않는 걸까?

그의 주장대로 시간도 공간에 따라 상대적이어서 속도가 다르거나 경우에 따라 시간이 없는 공간도 존재할 수 있는 것일까?

인류는 지난 몇천 년 동안 시간에 대해 꾸준히 연구해왔지만 아직까지 정확한 답안을 찾지 못했다.

■ ‘현재’는 몇 초 일까?

공자는 흐르는 강을 바라보며 “낮이든 밤이든 시간은 마치 강물과 같이 세차게 흐르는구나.”라고 말한 적이 있다. 대부분의 사람들도 시간의 흐름은 시위를 떠난 화살과 같이 다시 돌이키거나 반복될 수 없으며, 과거는 영원히 과거에 머물러 있다고 여기고 있다. 사람들은 자신의 지난간 과오에 대해 후회하며 다시 되돌리기를 원하지만, 세상의 통념은 “지나간 시간은 돌아오지 않으니 현재에 충실하라“고 알려준다.

인류는 시간의 흐름을 느낄 수 있는데, 우리가 느끼는 현재는 사실 시간이 일정한 속도로 이동할 때의 과거와 미래 사이의 한 시점이다. 인류가 경험한 시간은 시계, 달력과 같은 도구로 측정할 수 있다.

17세기 중기, 네덜란드 물리학자 하위헌스가 최초로 추시계를 발명한 후, 시간을 측정하는 기술은 끊임 없이 발전했다. 그 결과 시계는 운동을 할 때도 쓰이게 되었으며, 시간의 흐름을 쉽게 측정할 수 있게 되었다.

그렇다면 인류는 ‘현재’를 얼만큼 느낄 수 있을까? 원칙상으로 ‘현재’는 인식하는 순간 바로 지나가 버리는 시점이지만, 일부 학자들은 사람이 느끼는 ‘현재’는 약 2.7초라고 주장한다. 그래서 이 ‘2.7초’ 이전은 과거가 되며, 이후는 미래가 된다는 것이다.

■ 시간의 속도

하지만 물리학자들이 부르는 ‘시간팽창’ 상태에서는 시간의 속도가 항상 일정한 것은 아니다. 일반적인 ‘상대성 이론’에 따르면 ‘만유인력’은 시간의 팽창을 만들 수 있다.

‘만유인력’이 큰 공간에서는 시간의 흐름이 느리다. 일례를 들면 평균 해수면상의 원자 시계는 에베레스트산의 원자시계보다 느리다. 이 둘의 편차는 약 십 만분의 삼으로 아주 작게 여겨지지만, 평균 해수면의 만유인력이 산 정상보다 강하기 때문에 이 같은 현상이 발생한다.

또 ‘물체의 운동속도’도 시간 흐름에 영향을 준다. ‘특수 상대성 이론’에 따르면 운동 속도가 빨라 질수록 시간은 느리게 흐른다. 이에 대해 계산을 해 본 결과, 만약 당신이 차를 광속의 속도(매초 30만킬로미터)로 운전할 경우 시간은 일반적인 상황보다 7000배 느려진다.

만약 인류가 지구를 둘러싸고 고속운행을 한다면 ‘시간초월’ 현상이 나타날 것이다. 일례로 우주공간에서 가장 긴 시간을 머문 기록을 가진 러시아 우주비행사 파스칼은 약 2년 반(879일)의 시간 동안 지구를 감싸고 있는 궤도에서 생활했다. 당시 우주선상의 시계와 지구상의 시계간의 차이는 약 0.02초였다.

이는 다시 말해 파스칼은 0.02초 후 미래에서 온 미래인이자 ‘시간 여행자’인 것이다.

■ 시간이 존재하지 않는 곳

시간은 전 우주 모든 곳에 존재하는 것일까? 과학자들은 블랙홀 중심에는 시간이 존재하지 않는다고 추론하고 있다. 블랙홀 중심에서는 가장 작은 점까지 압축되어 무한 밀도의 시공을 가지기 때문이라는 것이다.

블랙홀은 매우 강한 만유인력을 가지고 있기 때문에, 그 중심부를 상상하기란 쉽지 않다. 아마 어떠한 광자도 블랙홀의 마력에서 벗어나기란 불가능하기 때문이다.

시간은 정지되거나 없어질 수 있을까? 우주학자는 시간과 우주의 종말이 매우 밀접한 관련이 있을 것으로 추론한다. 만약 미래에 우주의 물질들이 블랙홀로 빨려 들어가게 된다면, 우주는 종말을 맞이하는 동시에 시간 또한 없어질 것이다.

이에 관해 영국 물리학자 펜로즈는 “수억 년 후 우주의 모든 행성과 모든 블랙홀이 에너지를 모두 소비하게 돼 우주 내 모든 물질과 시간이 종말을 맞게 될 수 있다는 ‘시간 종말’에 관한 가설을 제시했다.

펜로즈의 ‘시간 종말’ 가설과 인간이 죽음을 맞이하는 과정은 매우 비슷하다. 인간은 몇 억 개의 세포로 이루어져있으며, 그 세포는 원자와 분자로 이루어져 있다. 생명은 이러한 것들에 의해 기적적으로 조직되어 만들어지며, 죽은 후에는 인간의 신체는 한 무더기의 원자가 된다.

우주 또한 이와 같은데, 어쩌면 우주를 구성한 성분이 시간을 창조한 것일 수도 있다. 이러한 구성 성분 없이는 우주에 과거뿐 아니라 현재와 미래도 존재할 수 없으니까...!