시간은 되돌릴 수 있을까

시간은 되돌릴 수 있을까 - 스티븐 호킹의 마지막 제자에게 듣는 교양 물리학 수업
다카미즈 유이치 지음, 김정환 옮김, 김범준 감수 / 북라이프 / 2024년 3월

벽시계를 보고 깜짝 놀란 적이 있어요. 앗, 시간이 벌써?

근데 알고 보니 시계가 고장나서 엉뚱한 시간을 가리키고 있었던 거예요. 아예 멈춰버렸다면 빨리 알아챘을 텐데, 초시계는 부지런히 움직이고 있어서 속았던 거죠. 대체로 스마트폰으로 시간을 확인하니까 헷갈리는 경우는 거의 없는데, 망가진 벽시계 때문에 불현듯 '내가 알고 있는 시간이라는 게 뭐지?'라는 궁금증이 생겼어요.

《시간은 되돌릴 수 있을까》 는 물리학으로 바라보는 시간 이야기를 담은 책이에요.

저자인 다카미즈 유이치는 시간과 우주의 비밀을 탐구하는 물리학자이며 2013년부터 영국 케임브리지대학교 응용수학 및 이론물리학과 이론우주론센터에서 스티븐 호킹 박사의 가르침을 받은 마지막 제자라고 하네요. 우주론을 전공하는 저자는 우주에서는 상식을 뛰어넘고 상상을 초월하는 일이 당연하다면서 우리가 지금까지 당연하다고 여겼던 일을 한번쯤 의심해보라고 이야기하네요. 시간은 과거에서 미래를 향해 흐른다는 것이 맞나요. 시간은 되돌릴 수 있을까요. 이 질문에 대한 답을 찾아가는 과정이 책 속에 나와 있어요. 사람들은 시간을 어떻게 생각해 왔는지를 물리학의 관점에서 살펴보면 방향, 차원 수, 크기라는 세 가지 단서가 있어요. 많은 물리학자들이 시간의 흐름은 한쪽 방향에서 다른 쪽 방향으로 나아갈 뿐 반대는 있을 수 없는 불가역성을 지니며, 차원 수로는 하나의 직선만으로 구성된 1차원이고, 크기는 일정하지 않다고 생각해왔는데 아인슈타인의 상대성 이론으로 뒤집어졌어요. 뉴턴의 운동방정식과 아인슈타인의 상대성 이론은 방정식으로 나타낼 수 있는데 방정신은 본질적으로 시간에 따른 변화를 전제로 하고 있어요. 어떤 시각에서의 상태를 미분 방정식 형태로 쓰면 미래 어떤 시각에서의 상태를 확정적으로 예측할 수 있는데 이것이 결정론이라는 사고방식이에요. 뉴턴이 우리를 둘러싼 자연계의 미래를 결정론적으로 예측할 수 있게 했다면 아인슈타인은 더 나아가 광속에 가까운 속도나 블랙홀 급의 중력이 있는 우주 전체로 결정론을 확대했고, 그 다음으로는 양자역학이 등장했어요. 근데 양자역학이 예언하는 것은 반드시 일어나는 미래가 아니라 그런 미래가 일어날 확률이라서 결정론을 흔들고 있어요. 우리가 양자역학을 어려워하는 건 지극히 자연스러운 반응이에요. 직관을 거스르는 세계를 보여주니 말이에요. 아보가드로 수를 충족하는 원자 집단인 우리의 일상에서는 시간 역행이 불가능하지만 소립자 하나하나의 움직임을 살피는 양자세계에서는 시간이 역행하는 일이 일어날 수 있어요. 자연계에는 거시세계와 미시세계가 있으며 미시적인 관점에서 보지 않고서는 이해할 수 없는 것이 너무 많아요. 그 미시세계를 보기 위한 엿보기 안경이 바로 양자역학인데, 설명을 들으면 알 것 같다가도 어느새 뒤죽박죽 헷갈리게 만드는 요물이네요. 물리학에서 시간이란 결국 우리가 미시세계를 상세히 알지 못해서 생겨난 것이므로, 로벨리의 결론이 가장 정확한 것 같아요. "시간이란 무지 無知 다." (193p) 무지에서 탄생한 시간이 물리학자들에게는 엔트로피, 블랙홀, 순환 우주 가능성을 풀어내는 단서가 되었다는 게 신기하고 놀랍네요. 시간의 역행을 추적하는 과정이 쉽지는 않지만 도전의식을 자극하는 흥미로운 여정이었네요.