만약 시간이 존재하지 않는다면 by 카를로 로벨리

[ 밑줄/연결 ]

 

중력이 양자효과를 나타내기 시작하는 10의 (-)33승cm 미만의 영역에서 어떤 일이 일어날지 예측할 수 없다.

 

전자기장은 전기력과 자기력의 매체이다. '장'은 공간을 가득 채우고 있는 일종의 널리 퍼진 형태의 개체를 의미한다.

 

전자기장은 전하에 의해 생겨나는 것이 아니다. 전자기장은 항상 존재하는 독립적인 개체이며, 때때로 전하의 존재에 따라 변할수는 있지만 전하에서 나오는 것이 아니다. 전자기장이 존재하기 위해 전하가 필요하지는 않다.

 

어떤 물체를 봤을 때, 우리는 그 물체를 직접적으로 감지하는 것이 아니라 물체와 눈 사이의 전자기장의 진동, 즉 그 물체가 반사한 빛을 감지하는 것이다.

 

아인슈타인의 발견을 보다 잘 서술하려면 공간은 곧 중력장이며 공간이란 것은 존재하지 않는다고 설명하는 방식을 택해야 한다.

 

결국 이 세상은 더 이상 '공간 내에 위치한 입자의 장'으로 이루어진 것이라고 볼 수 없다.

 

아인슈타인은 공간이 장 안에서 움직이는 입자들이나 장과 분리된 별도의 개체가 아니며, 다른 장들과 다를 바 없는 또 하나의 장이라는 사실을 밝혀냈다. 

 

우리에게는 제각각으로 보이는 개념들 - 공간, 중력, 장 - 이 모두 중력장이라는 하나의 개체를 이루는 측면들에 불과하다.

 

양자역학은 두 가지 발견으로 커다란 변화를 가져왔다.

첫째는 미시적 차원의 세계에서는 항상 '알갱이'의 특성, 즉 불연속성이 발견된다는 점이다. 예를 들어 한정된 공간에서 움직이는 미시 세계의 물체는 임의의 속도가 아닌 한정된 특정 속도만을 가질 수 있으며, 이를 속도가 '양자화' 됐다고 말한다....원자의 에너지도 아무 값이나 갖는 것이 아니라 양자역학을 통해 계산된 한정된 값(원자의 '에너지 준위')만 가질 수 있다....전자기장도 매우 작은 규모에서 볼 때는 광자라고 불리는 불연속적인 작은 '에너지 덩어리', 일종의 '알갱이' , 즉 '양자'의 모습으로 나타난다.

 

 

또 다른 발견은 모든 움직임에 우연한 요소인 본질적 불확실성이 존재한다는 사실이다....미시적 차원에서 볼 때 물체들의 변화는 확률의 지배를 받는다. 어떤 사건이 일어날 '확률'을 매우 명확하게 계산(실험 횟수를 한없이 크게 할 때 해당 시간이 일어나는 횟수를 계산)할 수는 있지만, 미래를 확실히 예견할 수는 없다는 것이다....결국 어떤 입자의 움직임은 '입자의 존재에 대한 확률의 변화'가 되는 것이다.

 

아인슈타인은 공간이 전자기장과 같은 하나의 장이라는 사실을 발견한 한편, 양자역학은 모든 장이 양자로 구성되어 있으며 이 양자는 '확률운'을 통해서만 기술될 수 있다는 것을 알려주었다.

 

공간만 알갱이로 이루어져 있고 확률을 따르는 것이 아니라, 시공간 전체가 그러하다는 것이다. 

 

시간이 계속해서 흐르는 연속적인 변수가 아닌 다른 무언가로 여겨지는, 시공간 알갱이의 확률운에 기반을 두고 있는 어떤 세계를 상상해야 한다.

 

공간 속에 존재하는 닫힌 형태의 곡선, 즉 '루프'...

 

공간은 중력장 그 자체이므로, 이 루프들이 공간 속에 있다고는 말할 수 없다. 결국 '루프 그 자체'가 공간인 것이다!

 

나는 아예 공간이라는 것이 더 이상 존재하지 않는다고 표현하고 싶다. 공간 대신, 입자들, 장들, 중력자의 루프들과 이들의 상호작용만이 존재하고 있을 뿐이다.

 

과학적 사고의 힘은 '실험', '수학', '방법론' 따위에서 나오는 것이 아니다. 그 힘은 과학적 사고의 특징, 즉 스스로에게 문제를 제기할 수 있는 능력에서 나온다.

 

과학적 과정이란 세상을 이해하기 위한 더 나은 방식을 계속해서 추구하는 과정이다.....과학은 결코 과학이 내린 결론을 전적으로 신뢰하지 않는다. 과학은 우리가 지식이라는 매우 취약한 기반 위에서만 세상을 이해할 수 있다는 것을 알고 있다. 그러나 이 기반은 계속해서 변화하고 있다.

 

내가 보기에 아낙시만드로스는 우리가 알고 있는 최초의 과학자 중 하나일 뿐만 아니라, 인류가 낳은 가장 뛰어난 인물 중 하나다....아낙시만드로스는 세상의 물질에 대한 탐험을 시작했던 장본인이기도 했다. 

아리스토텔레스 이후 뉴턴 이전까지의 공간 개념은 세상의 사물들 그 자체에 의해 공간이 조직되고 형성된다고 보는 것이 지배적이다. 공간을 사물들이 서로 인접하며 생기는 질서이자 관계라고 보았던 것이다.

 

아리스토텔레스와 데카르트는 공간을 하나의 개체가 아닌 '사물 간의 관계'로 보았고, 뉴턴은 공간이란 사물이 하나도 없는 상황에서도 항상 존재하며 고유의 구조를 가진 하나의 '개체'로 보았던 것이다.

 

양자중력에 대한 완벽한 이론을 수립하기 위해서는 먼저 공간을 개체로 보는 뉴턴의 관점을 완전히 버려야 할 것이다.  공간이라는 개별적 개체가 아닌, 여느 장과 다를 바 없는 중력장이 존재한다고 봐야 한다. 양자중력에서는 바로 '루프'가 이러한 중력장의 양자 역할을 하며, 이 루프들 간의 관계가 공간을 구성한다.

 

여러 형태의 인류의 지식 중 신뢰할 만한 '예측'을 가능하게 하는 것은 과학이 유일하다.

 

우주 속 한 장소의 시간 흐름은 그 장소를 지배하는 중력장을 따른다.

 

우리에게는 우리의 시간이 있고, 안드로메다은하에는 안드로메다은하의 시간이 이다. 두 시간을 보편적인 방식으로 서로 연결할 수는 없다.

 

우리가 시간 그 자체를 '절대로' 측정할 수 없다는 것을 의미한다.....우리는 여전히 자연적 현상을 '세고' 있을 뿐, 시간 그 자체를 측정하고 있는 것은 아니다.

 

결과적으로, 공간과 마찬가지로 시간 역시 관계적인 개념이 된다. 시간은 사물들의 다양한 상태 사이의 관계를 나타낼 뿐이다.....시간은 각각의 물체가 다른 물체에 비해 변화하는 방식을 뿐이다.

 

결국 '시간'은 그저 '엔트로피화의 방향'에 지나지 않는다. 엔트로피의 증가가 관찰되는 방향을 시간이라고 부를 뿐이다. 

 

끈은 '공간 안에서' 움직이는 작은 선 형태의 입자이지만, 루프는 '공간 그 자체(즉, 중력장)'이다.

 

"나는 당신의 의견에 동의하지는 않지만, 당신이 그 의견을 말할 권리를 위해 싸우겠다."라는 볼테르의 말은 민주주의의 핵심인 동시에 과학적 방식의 핵심이기도 하다.

 

[ 자평 ]

 

양자중력이론에 대해서는 나는 두 권의 괜찮은 책을 알고 있다.

다만 내가 비전공자라 그렇게 까지 읽어야 하는가? 하여 읽지는 못하고 있다.

문과를 나온 나는 내가 돈을 벌기 시작한 시절부터 의도적으로 이과계통을 책을 읽기 시작했다.

2000년대부터 였던 것 같다. 

 

내 기억으로 대학교에 들어가서 가장 최초로 읽은 과학책 스러운 책은 1985년 나온 프리초프 카프라 (Fritjof Capra)교수로 책이다. 

책장을 주욱 들러 보니, 최초로 출판된 과학책은 1996년 나온 '존 브록만'의 책과 1997년에 나온 '존 캐스터'의 책이다.

이후 한 동안 푹 빠져있던 정신세계사의 '정신과학총서들'이 몇 권이 있다.

최초의 책은 1987년에 나온 '이차크 벤토프'의 책이다. 이 분야는 정확하게 과학책으로 분류하기는 어려울 것 같다. 

 

이후 정식 과학자로 어느 과학분야 저술가가 마음에 들어 당시 그 저술가의 국내 번역본을 다 사서 읽은 첫번째 학자는 아마 '미치오 카쿠'가 아마 처음 저자인 것 같다.

국내 학자로는 최무영교수님

레너드 서스킨드 교수

제임스 클릭

더글라스 호프스테더