우주, 상상력 공장

우주, 상상력 공장 - 우주, 그리고 생명과 문명의 미래
권재술 지음 / 특별한서재 / 2022년 11월

저자 권재술은 서울대 물리교육과를 졸업하고 미국 오하이오 주립대학교에서 과학교육으로 박사 학위를 취득했다.

정보는 복제와 확산을 통해 공유됨으로써 의미가 만들어진다.

사람은 건강 관리와 적절한 행운이 보태진다고 해도 많이 잡아야 지구가 태양을 백 바퀴 정도 도는 만큼의 시간이 주어진다.

이전이나 이후라는 말에는 시간이라는 개념이 포함된다.

시간과 공간, 물질, 이 모든 것의 시작과 종말을 알 수 있는 것처럼 설레이는 일은 없다.

이제까지 우주는 무한한 과거에서부터 무한한 미래까지 영원히 안정적인 상태로 존재할 것이라고 믿었다.

하지만 우주에는 시작이 있었다.

상대론, 양자론, 우주론으로 알게 된 것이다.

우주가 팽창하고 있다는 것은 아인슈타인의 일반상대성 이론의 장방정식에 있다.

장방정식은 물질과 시공간이 어떻게 서로 관련되어 있는가를 수학적으로 표현한 식이다.

빅뱅이 있었을 것이라는 최초의 증거는 에드윈 허블의 은하 관측에서 나왔다.

도플러 효과는 파동을 내는 물체가 멀어지면 파장이 길어지고 접근하면 짧아지는 현상이다.

빅뱅은 폭탄이 터지는 그런 폭발이 아니다.

터진 게 아니라 공간이 팽창한 것이다.

진공에 가득 차 있는 암흑 에너지는 척력인 중력을 작용한다.

공간은 물질의 배치 관계를 인식하는 인간의 정신에 의해 만들어진 관념이다.

물질이 없다면 공간도 없다.

물질이 생기기 전 빅뱅 이전에는 공간이라는 개념이 무의미하다.

빅뱅은 물질의 시작이자 시간과 공간의 시작이다.

엔트로피 법칙은 자연현상은 질서정연한 상태에서 무질서한 상태로 변화한다는 것으로 열역학 제 2법칙이다.

에너지 보존 법칙은 자연현상에서 일어나는 모든 변화는 변화전과 후의 에너지 총합이 항상 일정하게 보존된다는 법칙이다.

세상은 물질로 이루어져 있다.

물질이 뛰어노는 운동장이 시간과 공간이다.

시간과 공간이라는 운동장에서 물질이 뛰어노는 세상이 우주이다.

물질은 형체가 있지만 시간과 공간은 형체가 없다.

물질, 시간, 공간이 무엇인지, 이들이 어디서 와서 어디로 가는지 알지 못하면 우주를 알 수 없다.

물질이 모여서 생명이 되고 생명이 생각을 만들어낸다.

생각이 문명을 만들어낸다.

생명과 생각이 모두 물질에서 나온 것이지만 물질이 원래부터 가지고 있었던 속성은 아니다.

시간은 나무나 돌, 원자나 분자와 같은 실체가 아니다.

시간의 속성 중에 가장 중요한 것은 흘러산다는 것이다.

흐르지 않는 시간은 시간이 아니다.

시간의 흐름은 무엇으로도 멈출 수 없다.

멈출 수 없을 뿐만 아니라 가속이나 감속도 불가능하다.

원자폭탄이 터져도 시간은 미동도 없이 흘러간다.

시간이 흘러간다는 것을 인식하는 것은 사물의 변화가 있기 때문이다.

밤과 낮이 바뀌고 계절이 바뀌고 나이를 먹는 등의 변화에서 시간의 흐름을 인지하는 것이다.

세상에서 일어나는 사건은 엄청나게 많아서 어느 하나가 멈춘다고 해서 시간이 멈춰지는 것은 아니다.

시간의 흐름이 일정하다는 것은 환상이다.

우리가 인식하는 시간은 세상 만물의 변화를 평균한 것이다.

어느 하나가 빨리 가거나 느리게 간다고 시간이 달라지지 않는 것은 우주에는 무수히 많은 물체가 무수히 많은 변화를 만들어내고 있기 때문이다.

빨라지거나 느려지는 것은 우주의 작은 부분이고 우주의 총체적인 변화는 그것과 관계없이 일정하다.

그래서 시간이 일정한 것처럼 보이는 것이다.

시간을 멈출 수도 없고 가속이나 감속도 불가능한 것은 정말 시간이 그래서가 아니라 우주가 광대하고 너무나 많은 사건이 복잡하게 일어나고 있기 때문이다.

원자탄이 터져도 시간이 그대로 흘러가는 것은 원자탄의 폭발 정도는 우주에서 일어나는 수많은 사건에 비하면 아무것도 아니기 때문이다.

변화란 물질의 변화이다.

빅뱅은 물질의 탄생이자 시간의 탄생이다.

시간이란 변화에 대한 인간의 관념이다.

변화가 없었다면 시간이라는 관념도 생겨나지 않았을 것이다.

시간이란 원자나 분자 같은 실체적인 존재가 아니다.

관념일뿐이다.

관념이기 때문에 존재하지 않는다고 할 수는 없을지 모르지만 관념은 나와 무관하게 객관적으로 존재하는 게 아니다.

뉴턴은 절대적인 시간을 생각했지만 그런 시간은 없다.

시간은 변화에 대한 관념이고 변화를 기술하기 위한 가상적 개념이다.

시간이 존재하는라는 질문에 답하기 위해서는 시간을 어떻게 정의하느냐에 달려 있다.

시간을 변화에 대한 관념이라고 하면 시간은 존재한다.

시간을 실체적인 존재라고 한다면 그런 시간은 존재하지 않는다.

시간은 변화에 대한 관념이고 변화는 물질이 있어야 가능하다.

물질이 탄생하기 전, 빅뱅 이전에는 물질이 없었고 변화도 없었다.

빅뱅 이전는 시간도 없었다.

빅뱅이 이 우주에서 유일한 사건이었다면 말이다.

시간이 실체가 아니고 관념이기에 시간의 존재를 부정하는 것이 더욱 어려운 것인지도 모른다.

과거나 미래는 물론 현재도 존재하지 않는다.

보이지 않는 시간이지만 시간의 흐름을 종이에 그려놓고 보면 시간은 흘러가는 것이 아니라 공간처럼 편재하고 있다.

그래서 시간과 공간을 합쳐서 시공간이라는 말을 사용하기도 한다.

시공간 좌표에서 시간은 시공간의 한 점이지 움직이는 것은 아니다.

과거, 현재, 미래는 그냥 존재하는 것이다.

시간은 흘러가는 것이 아니라 고정되어 있고 시간의 각 점에서 사건들이 일어나고 있을 뿐이다.

4차원 시공간에서는 사건들이 있을 뿐이지 무엇이 흘러가는 것은 아니다.

시간을 4차원 시공간에 표시해놓고 보면 과거, 현재, 미래가 그냥 경치처럼 펼쳐져 있다.

공간에서 물체의 이동 방향은 3차원적이다.

하지만 시간은 1차원이므로 이동 방향도 1차원뿐이다.

1차원이라고 해도 정방향과 역방향은 존재할 수 있다.

사건이 일어나는 순서가 시간의 방향이다.

고전역학적 관점에서 보면 사건의 순서가 바뀌는 것은 불가능하다.

상대론에서는 한 기준계에서 동시적인 사건일지라도 기준계가 달라지면 동시가 아닐 수도 있다.

어떤 경우에도 인과관계에 있는 두 사건의 시간 순서는 어떤 기준계에서 보아도 바뀌지 않는다.

어떤 사건에서도 원인은 결과보다 시간상으로 앞이어야 한다.

이것이 시간의 방향에 대한 정의이다.

뉴턴의 운동 법칙은 힘이 작용하는 물체가 어떤 운동을 하는지를 기술하는 자연법칙이며 고전역학의 바탕을 이룬다.

자연에서 엔트로피는 변화의 방향이 정해져 있다.

자연현상은 반드시 엔트로피가 낮은 상태에서 높은 상태로 변한다.

멀쩡한 유리잔과 깨어져 흩어져 있는 유리잔이라는 두 상태에서 깨어진 상태의 엔트로피가 멀쩡한 유리잔의 엔트로피보다 높기 때문이다

자연에서 시간의 방향을 정해주는 것은 엔트로피이다.

엔트로피 법칙이 성립하지 않는 것은 운동량이나 에너지 보존 법칙이 성립하지 않는 것보다 더 이상한 일이다.

그래서 시간이 역행하는 것은 받아들이기 어렵다.

파인만 다이어그램은 리처드 파인만이 입자 사이의 복잡한 상호작용을 직관적으로 표현하기 위해 도입한 도형이다.

이 세상에서 시간을 이길 수 있는 존재는 아무도 없다.

이 책은 물리에 대한 모든 개념이 다 들어가 있다.

저자가 정말 쉽게 설명하려고 무진장 노력한 것 같다.

그래서 그런지 재미있기까지 하다.