시간의 물리학 : SF가 상상하고 과학이 증명한 시간여행의 모든 것

존그리빈

저자:존그리빈
영국의과학저술가이자천체물리학자.서식스대학교에서물리학학사와천문학석사를,케임브리지대학교에서천체물리학박사학위를받았다.현재서식스대학교의명예선임연구원이다.《네이처》,《뉴사이언티스트》등에서일했고《인디펜던트》,《타임스》,《가디언》등에글을써왔다.《네이처》와《스펙테이터》가선정한‘최고의과학저술가’이며영국왕립문학학회회원이다.지은책으로《슈뢰딩거의고양이를찾아서》,《과학을만든사람들》,《진화의오리진》등이있으며,《이토록기묘한양자》는2019년영국왕립학회가수여하는과학도서상의최종후보였다.
SF에매력을느껴물리학의길에발을들인존그리빈은《시간의물리학》에서SF의단골소재이자현대물리학의최대난제인‘시간’에대해본격적으로파헤친다.시간여행은우주여행과마찬가지로진지한과학의대상으로서과학자들의면밀한검토대상이되어왔다.이책은SF속의아이디어가어떻게물리학적사고실험으로기능할수있는지를흥미롭게밝혀낸결과물이다.

역자:김상훈
SF및환상문학평론가이자번역가.필명은강수백이다.‘그리폰북스’,‘경계소설선집’,‘SF총서’,‘필립K.딕걸작선’,‘미래의문학’,‘조지R.R.마틴걸작선’을기획하고번역했다.주요번역작품으로는테드창의《당신인생의이야기》,《숨》,그렉이건의《내가행복한이유》,《쿼런틴》,《대여금고》,필립K.딕의《화성의타임슬립》,《파머엘드리치의세개의성흔》,《유빅》,《필립K.딕의말》,로저젤라즈니의《신들의사회》,《전도서에바치는장미》,로버트A.하인라인의《스타십트루퍼스》,조홀드먼의《영원한전쟁》,《헤밍웨이위조사건》,로버트홀드스톡의《미사고의숲》,크리스토퍼프리스트의《매혹》,이언뱅크스의《말벌공장》,새뮤얼딜레이니의《바벨-17》,콜린윌슨의《정신기생체》,카를로스카스타네다의‘돈후앙의가르침’3부작,존셜리의《인간이라는기계에관하여》등이있다.

저자의말아홉뮤즈에관한고찰
서론시간여행은‘그저SF에서나가능한’공상이아니다
1단계시간과공간은유연한시공간을구성한다
2단계시간의화살은가리키기는해도움직이지는않는다
3단계빛보다빨라지면시간을거슬러오른다
4단계빛은빛보다빠르게움직일수있다
5단계회전하는원통과전역인과율위반가능성
6단계초보자를위한시간터널효과
7단계앞으로존재할모든것은실제로존재한다
8단계시간을옆으로이동하기
9단계고찰패러독스를회피하는방법
에필로그뒤돌아보지말라
감사의말
옮긴이후기
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이미지출처

1.우리가사랑하는이야기에꼭들어있던것,시간여행
─시공간을건너다니며운명을바꾸는좌충우돌SF속시간의물리학

1895년허버트조지웰스의소설《타임머신》부터대중화된시간여행은약130년동안우리에게즐거운상상의소재가되어왔다.과거로돌아가후회막심했던순간을만회하고,시간을역행하며세계와자신의운명을바꾼다는상상은뿌리칠수없이매력적이다.《시간의물리학》은짜릿함은물론성찰까지안겨주는시간여행이야기를색다른방식으로펼쳐보인다.저자는시간여행이공간을누비는“우주여행과마찬가지로진지한과학이론으로서(당연하게도)과학자들의면밀한검토대상이되었고,(의외일지도모르지만)그가능성을두고진지한과학실험이이루어진적도여러번”(19쪽)이라는점을강조한다.이전제에서부터그는SF와현대물리학이결합한,현실적이면서도환상적인시간의물리학을전개한다.

첨단과학과궤를같이하는하드SF(자연과학인하드사이언스HardScience를주요소재로삼은SF)는사고실험으로발전해온현대물리학과떼어놓을수없는관계다.그렇다면어째서저자가SF와현대물리학을함께다루려는지도충분히납득할수있다.물리학계에서시간여행의가능성은여전히논쟁의영역이지만,저자는9단계의사고실험을통해‘시간여행은가능하다’라고명쾌하게결론짓는다.언뜻복잡해보이는물리학이론과SF를하나의장면에병치함으로써의도를갖고설계된실험과그결과만을기술하는과학이아닌,이야기로세계를구축하는물리학을우리에게보여준다.이책의마법같은면모는상상력이세계의지평을열수있다는것을,그리고과학이얼마나소설처럼흥미로울수있으며SF는과학처럼정교할수있는지를보여준다.실제로과학과영향을주고받은SF에대한이야기를통해독자는현대과학과SF모두새롭게읽게될것이다.

“시간여행을‘그저SF에서나가능한공상’으로치부하는사람은과학적인맥락에서틀렸을뿐만아니라SF라는장르에심각한무지를드러낸것이다.왜냐하면SF작가들이제시한시간여행이과학논문이콕집어내지못한과학적진실을부각시킨경우는결코드물지않기때문이다.”─〈서론:시간여행은‘그저SF에서나가능한’공상이아니다〉중에서

“아인슈타인방정식에대한괴델의해가중요한이유는시간여행이일반상대성이론을위반하지않는다는점을밝혔기때문이다.그리고물리학에서금지되지않은일은강제되는법이다.”─〈5단계:회전하는원통과전역인과율위반가능성〉중에서


2.이제SF가상상해온시간여행을과학적으로증명한다
─SF와물리학의거장들에게서도출해낸시간에관한9단계사고실험

책은이모든이야기의배경이되어줄시공간에서부터시작된다.1단계사고실험은4차원으로서의시간을다룬다.상대성이론이기술하는시공간은마치트램펄린위에볼링공을올려놓았을때처럼움푹패이고구부러진다.질량에따라휘어지는시공간속에서의운동은모두에게동일하게경험되지않는다.영화〈인터스텔라〉(2014)에서파도치는행성에서보낸3시간이그들을기다리고있던우주선속사람에게는23년8개월4일이었다는것처럼말이다.이를‘시간팽창효과’라고하며,시간팽창효과는SF속시간여행의가장대중적인설정인‘미래로의시간여행’의기반이된다.

하지만과거로의시간여행을상상하기란쉽지않다.2단계사고실험이지적한대로‘엔트로피는항상증가한다’라는열역학제2법칙을피해갈순없기때문이다.우주전체의엔트로피는시간이지날수록증가하고,이는시간의방향성을나타낸다.물론증가한엔트로피가다시줄어드는상황이아예없진않다.그저“실로긴시간”(46쪽)인‘푸앵카레순환시간’이필요할뿐이다.그러나가만히있는채로엔트로피의역전을기다릴순없는노릇이다.그렇다면빛보다빠르게움직여과거로시간여행하는건가능하지않을까?

3·4단계사고실험은이질문에‘가능하다’라는답을내놓는다.바로‘양자터널링’을통해서다.이는양자의불확정성에서생기는현상이며,‘순간이동’한다는측면에서빛보다빠르다.1994년쾰른대학교의귄터님츠는실제로4.7c(광속의4.7배)의마이크로파를측정했다.그런데그보다앞선1948년,아이작아시모프는빛보다빠르게자진해서‘입수’하는물질인‘티오티몰린(Thiotimolin)’에대한패러디논문을발행했다.이후1973년티오티몰린에대한사고실험을끝까지밀어붙인아시모프는물을찾아미래로여행을떠나는티오티몰린의운명을이론적근거를들며설명했는데,이는님츠실험장치의배열및원리와꼭닮았다.물리법칙은처음부터빛보다빠르게움직일수있는가능성을열어두고있었던것이다.

가능성이있다면단하나의가정도놓치지않는저자는5단계사고실험에서그다음의논의로나아간다.시간도차원이라면시간축을따라이동하면되지않을까?앞에서말했듯시공간은거대한물체에의해‘휘어진다.’그리고그물체를‘회전시킨다면’시공간은“병에든묽은꿀을숟가락으로빙빙휘저을때주위의꿀이함께끌려오는”것처럼회전한다(92쪽).회전하고있는시공간에가까이접근할수록우리의시공간축도함께휘어지고,우리에게시간이었던것은공간이,공간이었던것은시간이된다.

이제시간여행을위한모든준비를마쳤다.그렇다면우리는이제과거나미래로가서역사와운명을바꿀수있는것일까?뒤이어저자는고정된미래,다세계해석,할아버지패러독스등의이야기를통해우리의호기심을충족시키고의문을불식시킨다.

이처럼저자는천체물리학자이자SF를사랑하는작가로서풍부한사고실험을통해시간여행의가능성을입증하고시간에대한우리의상식을넓혀준다.과학커뮤니케이터로서의그의역량은얼핏어려워보이는과학지식을수식하나없이설명해독자의진입장벽을낮추고,본문사이사이에덧붙인SF와물리학거장들의한마디를통해독자가내용을직관적으로이해할수있도록돕는다.저자와함께한단계씩사고실험을거친다면누구나자연스럽게시간의물리학을체득하게될것이다.독자들이책속의사고실험을머릿속에생생하게그릴수있도록한국어판에서는원서에없는도판과설명을덧붙였다.

"비슷한실험을수행한쾰른대학교의귄터님츠(GunterNimtz)연구팀은정보를광속보다빠르게과거로전달할수있다는사실을입증했다.……모차르트교향곡40번의도입부를마이크로파로기록해서터널링을실험했고,장벽반대편에도달한마이크로파를다시기록했다.마이크로파의속도는4.7c에달했다.결과물의음질은썩좋지않았지만여전히음악으로감상할만했다.바꿔말해서,모차르트의음악은광속의네배를넘는속도로이동했던것이다.그것이전달한정보의양은원래의고음질버전에포함된정보량보다는적었지만,정보를포함하고있었다는점에는변함이없었다.그리고그정보는시간을역행했다."─〈4단계:빛은빛보다빠르게움직일수있다〉중에서

“1985년에발표한과학논문에서데이비드도이치는말했다.“물리법칙을위배하지않는모든소설은사실이다.”2011년에도이치는《무한함의시작(TheBeginningofInfinity)》에서조금다른표현으로이주장을되풀이했다.“수많은소설들이……멀티버스에서실제로일어난사건을밀접하게반영하고있다.”내가굳이되풀이해서강조하는이유는,도이치는글자그대로진심으로그렇게말하고있기때문이다.양자스냅숏이나타임캡슐들로이뤄진멀티버스에서는,예를들어제인오스틴의소설이라든지이언랜킨의‘존리버스시리즈’같은미스터리는각각우리의세계와인접한평행현실에서실제로일어난일들에관해이야기하고있다.”─〈9단계:패러독스를회피하는방법〉중에서


3.SF를사랑하는‘덕후’들이만났다
─SF쓰는천체물리학자존그리빈과SF전문번역가김상훈의크로스오버

이책을마무리하는글은저자의단편SF다.정확하게설계된실험과검증을중시하는과학은직접적으로의미를드러내지않는다.이와달리SF는이야기속에서새로운관점을실험하며종종진실을드러낸다.9단계의사고실험을거치며시간의물리학에대한이야기를끝마친저자가SF로이책을마무리한이유를곱씹어볼만하다.여전히미지의영역인시간에대해우리는어떤결론을내릴수있을까?저자는우주여행이과거의유물이되어버리고시간여행이트렌드가된시대속어느시간여행자를통해시간(여행)의역설을위트있게그리면서책을끝맺는다.

SF가자신의뮤즈라고말하는저자의‘덕후력’을감당하기위해선그에걸맞은번역자가필요했다.1990년대중반부터지금까지한국SF의길을닦아온김상훈SF평론가가이책의번역을맡았다.역자는로버트하인라인,로저젤라즈니,필립K.딕등유명SF작가들의작품번역을기획했고,하드SF의거장그렉이건과테드창의작품번역으로한국SF의저변을넓혀왔다.《시간의물리학》을번역하면서는판타지성향의SF,스페이스오페라,하드SF등다양한작품에대한높은이해를바탕으로본문속수많은고전SF의맥락을정확하게짚어냈다.
한편이책은현재폭발적으로활용되고있는AI생성이미지를표지에도입해책에대한호기심을증폭한다.SF적상상력과물리학연구가멋지게융합한이책을통해,많은이가SF와물리학‘덕질’의세계에제대로입문할수있을것이다.

“알다시피베른,웰스,클라크,아시모프를위시한SF작가들의작품상당수에는진짜과학이야기가들어가있으며,《어스타운딩》(1930년부터지금까지발행중인미국SF잡지)과더불어나의개인적인뮤즈가되어준것은바로이들이었다.”─〈저자의말〉중에서
“20세기SF의사고실험과첨단과학을구사한시간연구가불가분의관계에있다는사실을감안한다면이책은(적어도현시점에서는)선택이라기보다필연에가깝다.”─〈옮긴이의말〉중에서