아인슈타인이 주장한 시간의 비밀

우리는 너무 쉽게 지금 무엇을 하고 있다는 단어를 사용합니다. 하지만 지금이라는 단어는 굉장히 정의하기가 어려운 단어죠. 지금이라는 단어를 가장 정확히 정의하려 한다면 과거와 미래를 나누는 지금 이 시점이 현재가 되게 됩니다. 하지만 명확히는 지금으로부터 0.000001초 전에 있던 일도 과거인 것이고 0.0000001초 뒤에 있는 일은 또 미래인 것이죠. 즉, 지금이라는 것은 한 장의 사진처럼 계속해서 사진들이 이어져 있는 시간의 하나의 단면에 불과합니다. 이걸 반대로 말하면 시간이라는 것은 계속해서 발생하는 지금 시점의 사진의 쭉 이어 붙여놓은 것입니다. 무한히 많은 지금이라는 사진이 모이고 모여서 시간이 되는 것이죠.

 

 

 

 

이렇게나 시간이라는 개념은 사실 정의하기 쉽지 않습니다. 하지만 이 시간이라는 개념은 아인슈타인에 의해서 완전히 새로운 정의를 가지게 됩니다. 아인슈타인의 E=MC2라는 공식은 상대성이론에서 유도된 공식인데, E는 에너지 M은 질량, C는 빛의 속도를 나타냅니다. 계산해보면 1kg당 242억 Kw/h의 말도 안 되게 엄청난 에너지를 만들어내는 걸 알 수 있습니다. 지금이야 핵폭탄 실험에서 발생하는 에너지로 사라지는 질량이 엄청난 에너지를 만들어 낸다는 것을 알 수 있었지만, 당시에는 저런 공식은 너무나 터무니없었던 이야기였습니다. 하지만 E=mc2이라는 공식이 증명이 되기 도전에 아인슈타인은 이 상대성 이론의 공식이 맞아떨어질 것이라고 이미 생각하고 있었습니다.

 

 

아인슈타인은 시간의 실체에 대해 고민하면서 상상도 못 할 엄청난 생각을 해냅니다. 모든 물질은 시공간에서 항상 빛의 속도를 지닌다. 즉, 시간이 흐르는게 아니라 과거,현재,미래가 있는 4차원 공간에서 우리모두 시간 방향으로 이동하고 있다고 생각을 한 것입니다. 그렇다면 이게 대체 어떻게 E=mc2으로 이어지게 된걸까요?? 뉴턴의 제2법칙에서 F=ma는 F의 힘을 받은 물체는 a라는 가속도를 가지게 된다는 법칙입니다. 아인슈타인은 정지한 물체는 실제로 시간차원에서는 빛의 속도로 움직이고 있다면, 이 물체가 공간상에서 사라지는것이 사실은 시간상에서 빛의속도를 지나다가 정지한 것에 해당한다고 보았습니다. 우리 눈에서는 그 물체가 사라진 것이지만 그래프로 생각해보면 과거라는 시간대에서 이 물체가 존재하다가 현재라는 시간대에서 갑자기 존재하지 않게된 것이기 때문이죠. 

 

 

그리고 모든 물체는 시공간상에서 항상 빛의속도를 지니고 있기 때문에, 그 물체가 시간상에서 갑자기 정지하게 되면 발생하는 에너지양은 F=ma를 기준으로 생각하면 a에 빛의 속도에 제곱 값을 넣어줘야 하는 것입니다. 소름 돋게도 이렇게 하면 E=mc2이라는 공식이 말이 됩니다. 그런데 여기서부터 하나의 의문이 더 생기게 됩니다. 그러면 대체 왜 시간은 한 방향으로만 흐르냐는 질문이죠. 이 질문에 대해서 에딩턴은 이 내용을 엔트로피 법칙으로 설명하려고 합니다. 에딩턴의 설명은 이런 식이죠. 구조물에 충격을 가해서 구조물이 엉망진창이 되는 경우의 수는 무수히 많지만, 엉망진창이 된 블록들에 에너지를 다시 원래 구조를 가지는 경우의 수는 제한적이라고 설명을 합니다. 

 

 

에딩턴은 이렇게 엔트로피는 한 방향으로 흐르는 것을 선호하기 때문에 시간은 한 방향으로 흐른다고 설명합니다. 아마 상대성이론을 대중 과학서적으로 많이 접하신 분들의 경우에 엔트로피 가설이 진실이라고 생각하실 수 있지만, 실제로는 이런 엔트로피 주장은 완전히 틀렸다고 합니다. 미국의 실험 물리학자인 리처드 뮬러의 '나우 시간의 물리학'이라는 책에서 시간이 왜 흐르는지에 대한 설명이 나옵니다. 뮬러의 주장에 따르면 힉스 장이 존재하는 한 엔트로피 시간 가설은 완전 모순이 된다고 합니다. (엔트로피 모순에 대한 설명은 다음 편에서 하겠습니다!)