웹사이트 상위노출 [김범준의 옆집물리학]시간의 화살

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작성자 황준영 작성일25-11-03 16:10 조회1회 댓글0건

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웹사이트 상위노출 50대가 저물어가는 요즘 시간이 정말 빠르게 흐른다는 생각을 자주 한다. 빠르게 흐르는 시간을 쏜살같다고 표현하듯, 미래로만 흐르는 시간을 우리는 날아가는 화살에 자주 비유한다. 쏜살같이 앞으로만 나아가는 시간의 화살은 미래를 향한다.
노화에 대한 나의 주관적 경험이 시간의 화살을 만들어내는 것도 아니다. 물에 떨어뜨린 작은 잉크 방울은 널리 고르게 퍼질 뿐, 다시 작은 방울로 모이지 않는 것을 떠올려보라. 시간의 화살은 주관적 인식의 문제가 아니라 누가 봐도 같은 객관적 사실로 보인다.
시간을 뜻하는 변수 t를 -t로 바꾸는 것이 시간의 화살이 가리키는 방향을 뒤집는 것에 해당한다.
이렇게 시간을 뒤집어도 뉴턴의 운동방정식은 전혀 달라지지 않는다. 뉴턴이 보여준 시간의 화살은 촉도 깃도 없어 앞뒤가 같은 셈이다. 줄에 매단 추의 진자운동처럼, 고전역학을 따르는 입자 하나는 미래와 과거를 향하는 두 시간 흐름이 똑같은 방정식을 만족해 시간의 화살에 앞뒤가 없다.
지금까지의 글을 읽고 이상한 느낌이 들었다면 제대로 본 거다. 흰머리는 늘고 체력은 떨어져 다시 젊어질 수 없고, 잉크 방울은 고르게 퍼질 뿐 다시 모이지 않는다. 이런 경험은 시간의 화살에 명확한 방향이 있다는 것을 알려주지만, 놀랍게도 물리학의 근본 법칙에는 시간의 화살이 없다. 내 몸과 잉크 방울같이 많은 입자로 이루어진 시스템에는 시간의 화살이 있는데, 커다란 시스템을 이루는 작은 입자 하나는 과거와 미래를 구별하지 않는다. 미시적인 시간의 화살은 앞뒤가 같은데, 미시가 모여 만들어진 거시적인 시간의 화살은 앞으로만 날아간다. 앞뒤가 같은 여러 막대를 한 두름으로 묶었더니 전체 두름에는 앞뒤가 생긴 셈이다. 오랫동안 여러 물리학자를 고민에 빠뜨린 문제다.
시간의 화살에 대한 표준적인 설명이 있다. 고르게 퍼지는 잉크 방울의 여러 입자를 생각해보자. 작은 부피에 모든 입자가 모여 있을 때보다 고르게 퍼져 있을 때 입자들의 위치에 관련된 경우의 수가 더 크다. 입자 하나가 있을 수 있는 위치로 허락되는 가짓수는 공간의 부피가 커지면 함께 늘어나기 때문이다. 가능한 경우의 수가 늘어나면 함께 늘어나는 양으로 정의되는 것이 엔트로피여서, 결국 시간이 지나면 경우의 수가 훨씬 더 커서 발생할 확률도 더 큰 상황을 보게 마련이라는 것이 엔트로피 증가 법칙의 자명한 내용이다. 통계역학의 엔트로피가 늘어나는 방향이 바로 시간의 화살이 가리키는 방향이라는 설명이다.
입자들이 아무 곳에나 있는 무질서한 상태의 엔트로피가 더 크다는 설명에 고개를 끄덕였다면 다시 생각해보라. 입자 하나하나를 구별해 모든 가능한 구성을 완벽하게 알아낼 수 있는 지성이 있다면 이 지성은 우리가 무질서하다고 뭉뚱그려 표현하는 온갖 여러 상태를 하나하나 구별할 수 있다. 예를 들어, 10번째 페이지의 3번째 단어 이후의 철자를 알파벳순으로 늘어세운다는 엄밀한 규칙으로 책들을 꽂아놓은 책장이 있다면, 규칙을 모르는 사람에게는 무질서해 보여도 이 규칙을 아는 사람의 눈에는 딱 하나의 경우의 수만 있는 완벽히 정돈된 상태일 수 있다. 그렇다면 엔트로피가 증가하는 이유는 우리가 대상의 구체적이고 세부적인 차이에 눈감아 전체를 뭉뚱그려 보기 때문이라는 얘기가 된다. 만약 그렇다면 엔트로피 증가로 시간의 화살을 설명하는 것은 문제가 있다. 이 말이 맞다면 시간의 화살은 자연의 객관적 속성이 아니라 대상을 흐릿하게 볼 수밖에 없는 우리 인식의 한계에 붙여진 이름이라는 얘기가 된다.
시간은 인식 주체의 밖에 객관적으로 존재하는 어떤 무엇인지, 아니면 자연에서 일어나는 변화를 기술하기 위해 우리가 편의상 도입한 도구일 뿐인지도 아직 확실치 않다. 우리말의 시간에는 사이를 뜻하는 한자 간(間)이 들어 있다. ‘시간’에는 두 사건 사이 비어 있는 무언가라는 의미가 담겨 있다. 그렇다면 사건이 없어 변화가 없다면 시간은 없는 것일까? 사건이 없어도 시간은 존재하는 무엇일까?
나는 여전히 시간이 객관적이라고 생각하지만, 100% 확신하지는 못하고 있다. 차이에 눈감을 때만 시간이 흐른다면, 세상의 모든 미시적 정보를 파악할 수 있는 무한 지성의 눈에는 시간이 흐르지 않는 것으로 보일까? 시간도 결국 우리 인간의 주관적 한계에 붙여진 이름일 뿐일까? 시간은 무지로 흐르는 걸까? 시간은 쏜살같이 한 방향으로 흘러도 시간에 대한 나의 무지는 해결될 기미조차 없다.
태양계 2번째 행성인 금성 근처에서 인류가 유일하게 운영하던 무인 탐사선 임무가 공식 종료됐다. 해당 탐사선은 일본이 발사했다. 다음 탐사선이 지구를 떠나는 2030년대 초까지 인류는 금성을 코앞에서 관찰할 기회를 잃게 됐다.
지난달 28일 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 “금성 궤도에서 활동하던 탐사선과의 연결이 끊어졌다는 사실을 받아들여야 할 때가 됐다”며 자신들이 발사한 무인 금성 탐사선 ‘아카쓰키’의 활동 종료를 공식 발표했다.
아카쓰키는 지난해 5월 이후 지구와의 교신이 두절됐다. JAXA가 통신을 복구하기 위해 1년 넘게 노력했지만 결국 성과를 거두지 못한 것이다.
아카쓰키는 지난 10년간 인류가 금성 궤도에서 운영한 유일한 탐사선이었다. 임무는 기후 관측이었다. 가장 집중적으로 살핀 대상은 금성 표면에서 50~70㎞ 고도에 분포한 구름층이었다.
이곳에서는 시속 약 400㎞에 이르는 강풍이 분다. 금성 자전 속도(시속 약 6.5㎞)보다 약 60배나 빠른 바람이 분다는 것인데, 이는 매우 특이한 현상이다. 특정 행성의 바람 속도가 자전 속도를 상회하는 경우는 드물기 때문이다. 일례로 지구 자전 속도는 시속 약 1600㎞에 달하지만 강력한 태풍이나 허리케인에서 부는 바람은 시속 200~300㎞에 그친다.
JAXA는 “아카쓰키가 지속적으로 관찰한 자료를 통해 강풍 원인을 밝힐 실마리를 찾았다”고 했다. 금성의 구름층 속 바람이 태양열을 받을 때마다 속도가 빨라진다는 점을 규명한 것이다.
아카쓰키가 금성까지 가는 데에는 우여곡절이 있었다. 2010년 5월 발사돼 12월 금성 궤도에 진입하려고 했지만 주엔진 고장으로 당시 시도는 실패했다. 아카쓰키는 우주에 머물다 5년 뒤인 2015년 12월 금성에 다시 접근했고, 이때 보조 추진기를 이용해 궤도 진입에 극적으로 성공했다.
JAXA는 “아카쓰키의 관찰을 바탕으로 세계 과학계에서는 금성과 연관된 논문이 178편 만들어졌다”고 설명했다. 아카쓰키가 금성의 비밀을 밝히는 데 중요한 역할을 했다는 뜻이다.
아카쓰키 활동 종료로 인류가 금성을 코앞에서 관찰할 기회는 수년간 사라지게 됐다. 미국 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)은 자신들의 탐사선을 2030년대 초에나 발사할 예정이다. 이 일정도 자금 지원과 기술 개발이 잘 진행됐을 때를 전제로 한 것이다. 이 때문에 금성을 살피는 일은 당분간 지상 천체 망원경을 이용한 장거리 관측에 의존해야 할 것으로 보인다.
28일(현지시간) 브라질 리우데자네이루에서 경찰의 마약 밀매 단속 작전으로 체포된 마약 밀매 용의자들이 땅바닥에 앉아 있다. 이 작전으로 경찰관 4명을 포함해 최소 64명이 사망한 것으로 잠정 집계됐다고 현지 언론은 전했다.
<로이터연합뉴스>

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