사이언티픽 아메리칸 3 시간의 미궁

▣ 출판사서평

전통과 권위, 흥미와 대중성을 고루 갖춘 《사이언티픽 아메리칸》,
‘사이언티픽 아메리칸 시리즈’로 한국의 독자들과 만나다

근대 과학은 처음 탄생하던 시대부터 오늘날까지 현실에 대한 해석과 참여가 출발점이자 목표였다. 이런 면에서 과학은 인문학과 다를 바가 없다. 그러나 우리나라에서 과학은 이과의 영역이며, 전문가의 영역이라는 선입관이 만연해 있다. 분명히 주입식 교육도 그 원인 중 하나일 것이다.
한림출판사에서는 이러한 선입관에서 조금이나마 벗어나보고자 가장 현실적인 문제, 가장 현재적인 이슈를 과학의 관점에서 추적한 미국의 대표적 과학 잡지 《사이언티픽 아메리칸(Scientific American)》의 칼럼들을 주제별로 묶어 ‘사이언티픽 아메리칸 시리즈’로 소개한다.
《사이언티픽 아메리칸》은 1845년 첫 호가 발행된 이래 170년 넘도록 꾸준히 발행되어왔으며, 그간 에디슨과 아인슈타인 등 노벨상 수상자 및 후보들이 필진으로 참여한 미국 최고의 대중 과학 잡지이다. 과학이란 전공자가 아니면 쉽게 다가가기 어려운 영역이라는 편견을 깨고 일반인이 이해할 만한 주제의 내용을 전문적으로 다룬 정확한 내용으로 높은 신뢰를 얻었으며, 과학에 대한 이해의 폭을 넓혀줌으로써 전 세계 독자들에게 사랑받아왔다.
사이언티픽 아메리칸 시리즈는 이처럼 흥미로우면서도 권위 있는 《사이언티픽 아메리칸》의 여러 훌륭한 글 중에서도 시간, 인간, 노화, 기억, 사랑 등 가장 보편적이고 일상적인 삶의 소재를 주제별로 묶어 과학의 시각으로 뽑아봄으로써, 현실적인 문제들과 대화할 수 있는 가장 효율적인 통로가 바로 과학이라는 점을 독자들에게 보여주고자 했다. 특히 미래의 주역인 청소년들이 이 시리즈를 통하여 과학의 창으로 세상을 보는 눈을 경험할 수 있기를 기대한다.

구성

1 역사와 철학
오랜 세월 인류는 시간을 측정하는 기술을 발전시켜왔다. 그러나 아토초 단위의 시간 측정 기술과 시계 제조 기술 등의 발전과는 무관하게, 물리학계는 시간의 의미를 정확히 설명하지 못한다. 시간의 본질에 대한 당혹감은 철학자들에게도 마찬가지다. 시간에 관한 대부분의 물리학적·철학적 분석이 시간의 흐름에 대해 밝혀낸 것은 거의 없다. 현실 세계에서 가장 기본적인 대상이 어쩌면 이토록 정체조차 불분명할까?

2 인간과 시간
모든 생명체에게 시간은 피할 수 없는 존재다. 인간의 몸 어딘가에서도 생체 시계가 시간을 재고 있다. 생체 시계는 뇌와 신체가 정교하게 동작하는 데 핵심 역할을 하며, 인간의 시간 감지 구조를 통해 노화와 질병에 대한 정보도 얻을 수 있다. 몸 안에는 ‘마음의 시간’도 있는데, 시간의 흐름을 인지하게 하며 우리가 겪은 일들을 순서대로 기억하게 한다. 한편 시간에 대한 인식 또는 관념은 문화권의 사회적 우선순위와 세계관에 따라 달라진다.

3 시간 측정 기술
시간을 파악하려는 노력은 인류의 역사 내내 과학과 기술 발전의 원동력이었다. 고고학적 증거에 따르면, 바빌로니아와 이집트를 비롯한 고대 문명에서 시간을 측정하고 달력을 만들어 사용했다. 해시계와 물시계 같은 초보적 시각 측정 도구로부터 원자시계의 발명에 이르기까지 인류는 더 정확한 시간을 재려고 끊임없이 노력해왔다. 하루 오차가 수십조 분의 1 이내인 원자시계도 있다. 1초를 정확히 측정하려는 노력은 여전히 진행 중이다.

4 시간의 물리학
대체 시간이란 무엇인가? 우주가 하나의 시계에 맞춰 움직인다는 뉴턴의 이론은 19세기 후반부터 공격받기 시작했다. 특히 아인슈타인은 절대적 동시성이라는 개념을 무너뜨렸다. 상대성 이론으로 이 세상이 하나의 시간에 따라 움직이지 않는다는 것이 분명해졌다. 현대물리학의 가장 큰 목표는 일반상대성 이론과 양자역학을 통합해 중력이 지배하는 세계와 양자 세계를 한꺼번에 설명하는 하나의 이론을 완성하는 것인데, 양자역학에서는 시간이 모순되는 특성을 갖는 점이 커다란 장벽이었다. 양자역학에서 시간이란 기본적으로 뉴턴역학에서의 시간과 비슷하다. 통합이론을 만들려는 시도로는 (시간이라는 요소를 받아들이고 양자역학이 더 근본적인 역할을 맡는) 초끈 이론과, (일반상대성 이론을 받아들이고 시간을 용도 폐기된 존재로 치부하는) 루프양자중력론이 있다.

5 모든 것은 상대적
시간은 상대적이다. 시간은 관측자의 속도에 따라 빨라지거나 느려질 수 있다. 특수상대성 이론에 따르면, 빠른 속도로 이동하는 관측자에게는 시간이 늦게 가는 것으로 보인다. 시간 지체 현상이 일어나는 것이다. 특수상대성 이론은, 예컨대 하펠-키팅 실험에서처럼 원자시계를 다양한 속도로 움직이는 실험을 통해 입증되었다. 또한 일반상대성 이론에 따르면, 시계가 받는 중력의 크기에 따라서도 시곗바늘이 움직이는 속도가 달라진다.

6 시간을 극복하는 방법
‘시간 여행’은 공상과학소설에서 인기 있는 주제다. 시간 여행을 가능하게 하는 방법은 무엇일까? 속도는 시간을 앞질러 가는 방법 가운데 하나다. 빛의 속도에 가깝게 움직일 경우 시간 지체 현상이 일어난다. 중력도 있다. 중력은 시간을 느리게 가게 만든다. 가령 중성자성 표면에서는 중력이 너무 강해 시간이 지구보다 30퍼센트 느리게 간다. 블랙홀은 시간 건너뛰기의 가장 극단적인 사례를 보여주는데, 블랙홀 표면에서는 시간이 지구에 비하면 거의 정지한 상태다.

7 시간의 시작과 끝
모든 것의 시작은 언제였을까? 오랜 세월 과학계에서 빅뱅 이전의 시간을 생각하는 것은 어리석은 일이었으나, 이론물리학의 발전에 힘입어, 특히 끈 이론의 부상과 함께 관점이 바뀌었다. 아직 과학적인 답은 없다. 하지만 적어도 두 가지 검증 가능한 이론이 우주, 그리고 시간이 빅뱅 이전부터 존재했다고 주장한다. 이 둘 중 한 이론이 옳다면 우주는 항상 존재해왔고, 언젠가 무너지더라도 절대로 끝나지는 않을 것이다.

▣ 작가 소개
가브리엘레 베네치아노 Gabriele Veneziano, 콜레주드프랑스 교수(끈 이론 창시자)
게리 스틱스 Gary Stix, 《사이언티픽 아메리칸》 기자
로널드 래스키 Ronald C. Lasky, 다트머스대학교 교수
리 스몰린 Lee Smolin, 페리미터이론물리연구소 연구원, 워털루대학교 교수
안토니오 다마지오 Antonio Damasio, 서던캘리포니아대학교 교수
웨이트 깁스 W. Wayt Gibbs, 과학 저술가
윌리엄 앤드루스 William J. H. Andrews, 과학 저술가
조지 머서 George Musser, 《사이언티픽 아메리칸》 기자, 과학 저술가
존 맷슨 John Matson, 과학 저술가
존 배로 John D. Barrow, 케임브리지대학교 교수
존 웹 John K. Webb, 뉴사우스웨일스대학교 교수
카렌 라이트 Karen Wright, 랭커스터대학교 교수
크레이그 캘린더 Craig Callender, 캘리포니아대학교 교수
폴 데이비스 Paul Davies, 애리조나주립대학교 교수

역자 : 김일선
서울대학교 공과대학 제어계측공학과를 졸업하고 같은 학교 대학원에서 석사와 박사학위를 받았다. 삼성전자, 노키아, 이르데토, 시냅틱스 등 IT 분야의 글로벌 기업에서 R&D 및 기획 업무를 했으며 현재는 IT 분야의 컨설팅과 전문 번역 및 저작 활동을 하고 있다.

▣ 주요 목차

1 역사와 철학
1-1 현실 속의 시간
1-2 신비한 흐름
1-3 물리학의 핵심에 존재하는 허점

2 인간과 시간
2-1 삶을 지배하는 시계
2-2 그건 언제였을까
2-3 문화권과 시간관념

3 시간 측정 기술
3-1 시간 측정의 역사
3-2 궁극의 시계

4 시간의 물리학
4-1 시간은 환상일까
4-2 시간을 미래로 움직이게 하는 원동력은?
4-3 공간과 시간의 원자
4-4 값이 변하는 상수

5 모든 것은 상대적
5-1 시간과 쌍둥이 패러독스
5-2 시간은 어떻게 가는가

6 시간을 극복하는 방법
6-1 타임머신 제작법

7 시간의 시작과 끝
7-1 시간이 시작되었을 때
7-2 시간의 끝이 있을까?