[과학 지식] 시간이란 무엇일까?

시간이 흐른다는 의미

 사람들은 카메라를 이용하여 멋진 풍경이나 남기고 싶은 순간을 사진 또는 동영상으로 남기곤 합니다. 사진과 동영상 둘 다 현재의 이 순간을 기록한다는 공통점이 있지만, 둘은 분명히 명확한 차이점이 있습니다.

 사진과 동영상의 결정적인 차이점은 무엇일까? 일반적으로 이렇게 답할 수 있습니다. 사진은 멈춰 있는 순간을 찍는 것이고 동영상은 움직이는 대상을 찍는 것이다. 정확하게 말하자면 시간의 변화를 기록할 수 있느냐는 차이가 이들이 가지는 결정적인 차이점입니다. 움직이는 영상을 담을 수 있다는 것은 시간을 기록할 수 있다는 것입니다.

 시간이라고 하는 것은 단순히 흐르는 것이 아니라 물체를 이곳에서 저곳으로 이동하게끔 해주는 아주 중요한 요소 중의 하나입니다. 다시 말해 시간이라고 하는 요소가 존재하지 않는다면 이 세상은 단 하나의 움직이지 않는 정지된 상으로만 존재할 뿐이라는 뜻입니다. 우리가 알고 있는 흐름이라고 하는 것은 반드시 시간이 개입합니다. 그 흐름이 설령 보이지 않는 전자기파의 흐름이라고 할지라도, 혹은 에너지의 흐름이라고 할지라도 시간 없이는 절대로 흐를 수가 없기 때문입니다. 그렇기 때문에 우리는 변화하는 모든 상태에 관한 공식에 시간이라는 단위가 반드시 들어가는 것을 볼 수 있습니다. 속도의 경우만 봐도 km/h와 같은 단위를 살펴보면 1시간 동안에 몇 km를 움직였느냐는 의미를 내포하고 있는 것을 보면 알 수 있습니다.

 그런데 너무나도 익숙하게 지나가고 있는 이러한 시간의 흐름을 정확하게 인지할 수 없는 인간은 이를 통제할 수 없습니다. 그렇기 때문에 문명이 발달하기 전인 고대 시대에는 일정하게 반복되는 천체의 주기 운동을 통해 시간의 흐름을 대략 짐작만 할 수 있었습니다. 별의 움직임이나 하늘의 움직임, 태양이 뜨고 지는 이러한 일상에서 관찰할 수 있는 반복되는 일들을 이용해 만들어낸 대표적인 발명품이 바로 달력입니다. 현대에 많이 착용하고 다니는 시계 또한 특정하게 반복되는 주기 운동을 이용해 기준점을 설정해 단위를 만들어서 의미를 부여하는 방식입니다.

 우리가 살아가는 동안의 대부분은 이러한 시간의 구애를 받아 가며 살아갑니다. 시계의 대중화 덕분에 우리는 특정한 공간에서 특정한 시간 속에 정확하게 약속을 잡을 수 있는 지표가 생겼습니다. 시간을 자각할 수도 없고, 통제할 수도 없었던 인류가 일정한 지표로써 사용하게 될 수 있었던 가장 큰 계기를 제공한 것입니다.

 결론부터 말씀드리자면 시간은 분명히 존재하지만 인간은 인간의 능력으로 이것을 지각할 수도 그리고 통제할 수도 없다는 한계를 가지고 있는 것입니다.

4차원의 시공간, 3차원의 존재

 우리가 공감하는 지표로 좌표라고 하는 것을 사용합니다. 이러한 좌표의 종류는 매우 많습니다. 일반적으로 x축과 y축, 그리고 z 축으로 이루어져 있는 공간상의 좌표를 가장 많이 사용합니다. 이렇게 세 가지의 지표로 이루어져 있는 이러한 공간을 3차원 공간이라고 합니다. 우리는 이 3차원이 이루고 있는 공간 내 어디든 마음만 먹으면 어떠한 방법을 통해서든 그곳으로 갈 수 있습니다.

 그러나 우리가 3차원 내에서 아무 곳이나 이동한다 할 수 있다고 할지라도 시간이라는 차원이 존재하지 않는다면 아무리 가까운 거리라도 우리 마음대로 갈 수 없게 됩니다. 반드시 시간이라는 것만이 존재해야 가능하다는 것입니다. 다시 말해 우리는 지금 3차원에 살고 있지만 이 3차원 속에서 시간이라는 차원이 한 차원 더해진 3+1차원. 4차원에서 살고 있는 것입니다. 이를 우리는 4차원의 시공간이라고 합니다. 우리가 이미 4차원 속에 살고 있는 것입니다.

 그런데 왜 우리는 이미 4차원이라는 공간 속에 살고 있으면서 3차원의 존재라고 하는 것일까? 앞서 설명했듯 인간은 시간이라는 차원을 제대로 지각할 수도 그리고 통제할 수도 없습니다.

 대체 왜 다양한 기술들을 통해서 이렇게 문명이 발달하고, 기술이 향상할 수 있었던 인간들은 시간 통제를 할 수가 없는 것일까? 그것은 바로 우리의 뇌와 우리의 감각 기관이 시간의 구애를 받기 때문입니다. 우리는 세상을 인지할 때 우리가 느낄 수 있는 모든 감각기관의 정보들을 뉴런이라는 신경세포를 통해 뇌로 전송해 줍니다.

 그런데 이러한 정보들이 이동하는 동안에도 역시나 시간이라는 흐름이 필요합니다. 다시 말해 우리가 세상을 인지하는 과정에서 필수적으로 시간의 흐름이 필요하기 때문에 인간은 절대로 시간의 독립적인 존재가 될 수 없습니다. 만약 이러한 시간에 구애받지 않는 초월자가 존재한다면 영화 '루시'를 통해 볼 수 있는 것처럼 시간을 마음껏 앞으로도 뒤로도 돌릴 수 있는 상상을 해볼 수 있을 것입니다. 그러나 이 또한 인간의 상상으로 만들어진 이미지일 뿐 실제로 시간 차원을 이동하는 모습은 구현하기 힘든 모습일 수도 있습니다. 빛을 이용해 시각적인 이미지를 만드는 우리의 머릿속으로는 빛마저도 멈춰버린 진짜 시간이 정지한 공간 속에서의 이미지를 상상할 수 없기 때문입니다.

 '아인슈타인'의 상대성 이론에서 가속을 만들어내는 중력장이 시공간을 크게 뒤틀어 놓아 큰 중력 속에서 놓인 대상과 그렇지 않은 대상 사이에 발생하는 시간 차 또한 시간이 지나는 속도에 차이만 존재할 뿐이지 시간이 흐르지 않는 절대적인 공간은 존재할 수 없습니다. 설령 있다고 해도 절대로 관측할 수도, 예측할 수도 없습니다. 흔히 블랙홀에서는 시간이 정지한다고 이야기하지만 실제로 이상적인 완벽한 보호 장치가 존재해서 인간이 블랙홀 속으로 들어갔다고 하더라도 그 속에 있는 인간은 블랙홀 바깥에 있는 인간과 체감상 별반 다를 게 없는 시간의 경과를 느낄 뿐입니다. 다만 밖에서 볼 때 그 사람의 시간은 흐르지 않는 것처럼 보일 뿐입니다.

 그렇듯 우리 인간은 이미 4차원의 세계에 살고 있지만 시간이라고 하는 차원을 우리가 지각할 수도, 통제할 수도 없기 때문에 3차원의 존재라고 부르는 것입니다.

 그러나 우리는 이미 일상에서 시간을 넘나드는 여행을 하고 있었습니다. 여러분이 PC로 동영상을 볼 때 화면의 아래쪽을 보면 타임바가 보일 것입니다. 마우스 클릭으로 타임바를 몇 분 전, 몇 초 전으로 돌려서 마음껏 시간을 왔다 갔다 시간 도약을 할 수 있게 되는 것입니다. 말 그대로 과거로 마음대로 돌아갈 수도 있고, 미래로 마음대로 갈 수도 있는 그런 상황입니다. 물론 이러한 것은 엄밀한 의미에서 4차원 여행은 아닙니다.