리 스몰린의 시간의 물리학 : 실재하는 시간을 찾아 떠나는 물리학의 모험

리스몰린

저자:리스몰린
이론물리학자.캐나다워털루에위치한페리미터이론물리학연구소의창립멤버이자수석교수.워털루대학물리학과겸임교수이자토론토대학대학원철학과교수이며,미국물리학회와캐나다왕립학회회원이다.양자중력연구의권위자로특별히고리양자중력연구와변형된특수상대성이론연구에크게이바지하였으며,우주론적자연선택이라는개념을제안하여우주론연구에도기여하였다.그외에도양자역학의기초인양자장이론,이론생물학,과학철학,경제학등을연구했다.2008년과2015년두차례에걸쳐〈프로스펙트〉와〈포린폴리시〉에서함께뽑은‘21세기가장영향력있는대중지성100인’에이름을올렸다.
뉴욕에서태어나고등학교를자퇴했고,이데오플라스토스라는록밴드의일원으로활동했으며,지하신문을발행했다.햄프셔대학에서공부하고하버드대학에서이론물리학박사학위를받았다.프린스턴고등연구소(IAS)와캘리포니아대학의이론물리연구소(ITP),시카고대학엔리코페르미연구소에서박사후과정을마친뒤예일대학,시러큐스대학,펜실베이니아주립대학에서교수로재직했다.런던임페리얼칼리지에서방문교수를지냈으며,영국의옥스퍼드대학과케임브리지대학,이탈리아의로마대학,트렌
토대학,국제고등과학원(SISSA)에서여러객원직을맡았다.2009년미국물리교사협회에서수여하는클롭스테그상,2015년버챌터우주론상등을받았다.
150여편의연구논문외에도현대물리학과우주론이제기하는철학적질문들에관한책을꾸준히써왔다.단독저서로는《우주의일생》(1997),《양자중력의세가지길》(2001),《물리학의문제들》(2006),《아인슈타인처럼양자역학하기》(2019)등이있고,로베르토망가베이라웅거와《하나뿐인우주와시간의실재성》(2014)을썼다.

역자:강형구
국립대구과학관의연구원이자학예사.서울대학교인문대학철학과를졸업하고,같은대학자연대학원과학학과에서과학철학전공으로석사학위를받았다.현재논리경험주의자한스라이헨바흐의과학철학을철학사적으로재조명하는박사학위논문을쓰고있다.주로물리학의철학에관한책을번역하며,옮긴책으로한스라이헨바흐의《양자역학의철학적기초》《상대성이론과선험적지식》《원자와우주》《상대성이론의공리화》,리처드뮬러의《나우:시간의물리학》(공역),존그리빈의《이토록기묘한양자》가있다.

여는글/시간이란무엇인가?
서문

1부무게:추방된시간
1장떨어진다는것
2장사라진시간
3장캐치볼게임
4장상자속의물리학
5장새로움과놀라움의추방
6장상대성과비시간성
7장양자우주론과시간의종말

2부빛:다시태어난시간
간주곡아인슈타인의불만
8장우주론적오류
9장우주론적도전
10장새로운우주론을위한원리들
11장법칙들의진화
12장양자역학과원자의해방
13장상대성과양자의전투
14장상대성으로부터다시태어난시간
15장공간의출현(창발)
16장우주의삶과죽음
17장열과빛으로부터다시태어난시간
18장무한한공간또는무한한시간?
19장시간의미래

맺는글/시간속에서생각하기
감사의글
옮긴이의말
주
참고문헌
찾아보기

물리학에서추방된시간은어떻게다시돌아오는가
최신연구를바탕으로시간의물리학을가장입체적으로탐구하는한권의책

★★★★★“시간의본성에관한탁월한분석.지금까지봤던과학교양서중최고다.”_〈파퓰러사이언스〉
★★★★★“과학,철학,SF를합쳐놓은것같다.”_〈뉴욕타임스북리뷰〉

시간은흐르지않고,과거·현재·미래는마음속에존재하는환상이다?
아니다,시간은한방향으로흐르며실재한다!

양자중력연구의권위자,페리미터이론물리학연구소의창립멤버이자수석교수,카를로로벨리가인정하는‘맞수’리스몰린이쓴《리스몰린의시간의물리학》이출간되었다.《TimeReborn(시간의재탄생)》이라는제목으로출간된원서는2013년출간된이래로현대물리학에서이루어지고있는시간에대한연구를이해하기위해서는반드시읽어야할필독서로여겨져왔으며,시간의물리학에관한논의를가장포괄적이고입체적으로다루고있는책으로평가받고있다.카를로로벨리는《만약시간이존재하지않는다면》에서몇쪽에걸쳐리스몰린과이책에대해이야기한다음마지막에이렇게덧붙이기도했다.“스몰린과나는처음협력하기시작했던연구초기부터늘열정적으로논의를지속해왔고,서로대립적인의견을내는경우도많았다.이것이바로과학의매력이다.완전히대립하면서도그러한대립때문에이루어지는토론을통해서로배울수있고,반대되는의견을가지고있을지라도친형제처럼가까이지낼수있는것이다.”
그렇다면로벨리를비롯한주류물리학자의입장과스몰린의의견은어떻게다른것일까?이책은그둘이대립하는아래와같은쟁점들을다루면서각주장의근거는무엇인지,하지만왜최신물리학은이중후자인스몰린의입장에더무게를실어주는지를차근차근밝힌다.

-시간은환상이다.vs.시간은세계에대한우리의지각에서가장실재적인측면이다.
-공간과기하학적구조는실재적이다.vs.공간은창발적이고근사적인것이다.
-미래는물리법칙에의해서결정된다.vs.미래에대한완벽한예측은불가능하다.
-우주는공간적으로무한하다.vs.우주는공간적으로유한하다.
-양자역학은최종적인이론이다.vs.그것은아직알려지지않은우주론적이론에대한근사이다.

모든것은시간속에서진화한다.양자도,고양이도,물리법칙도!
현대물리학과우주론의난제에‘시간’을도입하는것의의미는무엇인가

양자역학을비롯한물리학은흔히시간과관계없이보편적으로적용되는법칙을찾는학문으로여겨진다.양자는마치마법처럼시간과공간을초월하여거동하는것처럼보이고,물리학연구의대상또한시간의영향을받지않는,공간속의존재로가정된다.그래서지금여기에서참인물리법칙은마치수학법칙처럼영원불변하는진리일것으로간주되며,어떤사람들은모든원자의정확한위치와운동을알면미래를완벽하게예측할수있다고생각하기도한다.즉,미래를현재를계산함으로써얻어지는논리적귀결로여기는것이다.이런관점에서시간은결과를지연시키는요인일뿐물리법칙의작용에영향을미치는조건으로기능하지는않고,물리법칙은비시간적인것으로이해된다.이는모든입자에대해충분한정보가있으면완벽한예측이가능하고,원인과결과의대칭성에근거하여물리법칙을역으로도통제할수도있다는발상으로도이어진다.
하지만리스몰린은바로이런관점이오늘날이론물리학과우주론을막다른곳에다다르게했으며,우주를이해하기위해서는오직한방향으로흐르면서존재에영향을미치는시간을중요한변수로고려해야한다고주장한다.이는곧모든물질이과거의영향이라는제약하에있음을,법칙또한그것을지금과같이만들어온메커니즘이있음을,그리고물질과법칙이서로영향을받으며진화해왔음을이해해야한다는것을뜻한다.생명이발생하지않았다면진화론적자연선택이라는법칙또한없었을것이분명한것처럼우주가지금과같이발생하지않았다면물리법칙도지금과는달랐을것이기때문이다.
예를들어보자.양자역학에서는한쪽에있는양자의관측이그곳에서멀리떨어져있는양자의상태에즉시영향을미치는현상이관측되는데,오늘날의양자역학은그저이것이두입자의‘얽힘’때문이라고묘사할뿐거동원리에대해충분히설명하지는못한다.광대한거리를사이에두고빛보다빠른속도의신호로통신하는입자들이나,무엇이측정되는지또는누가관측하는지에따라달라지는실재에대한설명(불확정성의원리)역시마찬가지다.
이런이유로‘슈뢰딩거의고양이역설’처럼어떻게고양이가죽어있으면서동시에살아있는것처럼양자에두상태가중첩되어있을수있는지,만약물질을구성하는기본원자의거동이그러하다면왜고양이는양자처럼거동하지않는지와같은의문이제기된다.책에서는이에대해다음과같이묻는다.‘당신은왜양자가언제나지금과같이거동했으리라전제하는가?그렇지않을수도있지않은가?초기우주의존재들이서로긴밀하게연결되어있었다면어떨까?그리고그때이루어진작용이지금까지영향을미치는것이라면?’스몰린은이러한질문에서부터시작하여상대성이론과열역학을비롯한지금까지의과학적발견을아우를수있는우주론과양자이론을찾아간다.

우리가경험하는세계의가장근본적인측면,시간이란도대체무엇인가
과학적이고철학적으로시간을사유하고싶은모두를위한시간의물리학

학계최전선의논의를다루면서도동시에해당학문의훌륭한입문서로기능하는책들이있다.이책이바로그렇다.책에는수식이나오지않으며,핵심적인질문은가능한한가장단순한예를통해설명하고있다.논증을따라가기위해독자가알아야할모든것은책속에서설명되므로물리학이나수학에배경지식이없는사람들도충분히읽을수있다.사실시간이실재한다는주장은,우리의직관과매우부합하는주장이기도하다.그렇다.우리가살면서느끼는바로그시간말이다!스몰린은그것이물리학에도매우중요하다는이야기를하고있는것이다.하지만이것은물리학에만국한된논의는아니며,매우철학적이고실존적인주제를건드리기도한다.시간속에몸소존재해온우리는시간을감각했던경험을바탕으로시간이라는물리적실재를,그속에서변화해왔고변화해갈우주와우리의삶을다시바라볼수있을것이다.또한이책은아주구체적인실재를주요한탐구대상으로삼고있지만,그과정에서과학에서한발떨어져학문의생태를바라보는과학철학적관점에대해서도많은것을말해주고있으므로존재와시간뿐아니라과학이라는학문에대해서까지철학적으로사유해보고싶은사람에게도도움이될것이다.
〈1부.무게:추방된시간〉에서는시간을환상으로여기는데에큰영향을미친과학의패러다임을소개한다.여기에서는과학사에서이루어진시간개념의발전을개괄적으로살펴보고해당개념이어떻게약화되었는지알아본다.〈2부.빛:다시태어난시간〉에서는법칙을진화시키는‘우주론적자연선택’의원리를파악하기위해‘왜이러한법칙이선택되었는가?’,‘왜이러한초기조건이주어졌는가?’라는질문을던지고,시간을과학의핵심에다시도입해야한다는주장을뒷받침하는최근물리학의발견과학계에서부딪치는쟁점,그에답하고자하는여러이론이본격적으로다루어진다.이책을통해독자들은시간속에서,시간과더불어사유한다는것의의미를새롭게느낄수있을것이다.

“내가탐구의여정에서얻은것은시간이실재한다는단순한진술속에얼마나혁신적인개념이녹아있는지에대한깨달음이다.나는시간에얽매이지않는방정식을찾기위해과학자로서의삶을시작했지만,이제우주의가장심오한비밀은우주가시간속에서순간순간그본질을펼쳐놓는방식에있다고믿는다.”_여는글에서