나우: 시간의 물리학

지금이란 무엇이고 시간은 왜 흐르는가

리처드 뮬러 지음 | 장종훈 옮김

바다출판사 2021년 09월 30일 출간 종이책 : 2019년 06월 14일 출간

작품소개

책소개

스티븐 호킹 "시간의 역사" 20년 후,
현대 물리학은 어떻게 시간을 설명하는가

현대 물리학의 최전선, 실험물리학자 리처드 뮬러의 ‘진짜’ 시간 이야기

《나우: 시간의 물리학》은 물리학의 풀리지 않은 오랜 수수께끼인 ‘지금’의 의미와 시간의 흐름을 설명하는 책이다. 《대통령을 위한 물리학》으로 유명한 실험물리학자 리처드 뮬러는 이 퍼즐을 풀기 위해 상대성이론, 양자물리학, 빅뱅이론 등 현대 물리학이 시간에 대해 알아낸 사실들을 하나하나 검토하고, 엔트로피와 물리주의 같은 잘못 맞춰진 조각들을 제거한 후, ‘4차원 빅뱅’이라는 검증 가능한 이론을 제시한다. 이 책은 이론가가 아닌 실험물리학자가 시간에 대해 본격적으로 논한 최초의 책으로서, 현대 물리학이 시간에 대해 무엇을 알고 무엇을 모르는지를 상세히 설명한다. 뮬러는 실험을 통해 시간의 처음과 끝을 연구한 바 있다. 그는 빅뱅 후 50만 년경 아기 우주가 방출한 우주 마이크로파 배경복사를 관측함으로써 ‘시간의 처음’을 측정했고, 초신성 관측을 통해 우주의 가속 팽창을 발견함으로써 ‘시간의 끝’(빅 크런치)은 없을 것임을 밝혔다. 그는 ‘지금’을 인간의 자유의지가 행사될 수 있는 유일한 순간으로 규정함으로써 물리학뿐 아니라 철학에도 중요한 함의를 가지는 주장을 펼친다.

목차

머리말
1부 시간의 놀라움
1 얽혀 있는 수수께끼
2 동심으로 돌아간 아인슈타인
3 동에 번쩍 서에 번쩍 하는 ‘지금’
4 모순과 역설
5 광속이라는 속도 제한과 허점
6 허수 시간
7 무한, 그 너머

2부 부러진 화살
8 혼란의 화살
9 엔트로피의 신비를 벗기다
10 혼란스러운 엔트로피
11 시간을 설명하다
12 있을 법하지 않은 우리 우주
13 밀려오는 우주
14 시간의 종말
15 엔트로피 버리기
16 대안적 화살들

3부 유령과도 같은 물리학
17 죽어 있으면서도 살아 있는 고양이
18 양자 유령을 간지럽히다
19 위협 받는 아인슈타인
20 시간 역행 이동이 관측되다

4부 물리학과 실재
21 물리학을 넘어서
22 나는 생각한다, 따라서 존재한다
23 자유의지

5부 지금
24 4차원 빅뱅
25 지금의 의미

부록1 상대성이론의 수학
부록2 시간과 에너지
부록3 √2가 무리수라는 것의 증명
부록4 창조
부록5 불확정성의 수학
부록6 물리학과 신
주

감사의 말
옮긴이의 말
찾아보기

출판사 서평

37배나 길어지는 것을 측정했는데, 이는 상대성이론이 예측한 값과 정확히 일치했다(파이온의 반감기는 26나노초로 사람에게는 극히 짧은 시간이지만, 아이폰에게는 36번의 기초연산을 할 수 있는 시간이다). 빠르게 움직이는 물체에서 시간이 더 느리게 흐른다는 것은 우리가 흔하게 이용하는 GPS에서도 확인된다. 초속 3.86킬로미터로 궤도를 도는 GPS 위성은 ‘시간 지연’ 효과로 하루에 7,200나노초씩 느려진다. 상대성이론의 계산을 통해 보정해주지 않으면 하루 2.25킬로미터씩 잘못된 위치정보를 주게 된다.
상대성이론은 두 사건이 하나의 좌표계에서는 동시에 일어나는 듯 보여도, 다른 좌표계에서는 동시가 아닐 수 있다는 등의 ‘역설’로 많은 사람들을 어리둥절하게 만들었다. 그러한 역설 가운데 하나인 ‘타키온 살인’을 간단히 살펴보자.
메리가 빛보다 빠른 가상의 입자 ‘타키온’을 총으로 쏘아 존을 살해한다. 메리는 지구 좌표계가 아닌 광속이 절반인 좌표계에서 재판을 받겠다고 신청한다(빛보다 느린 좌표계는 상대성이론에 모순되지 않는다). 지구 좌표계에서 두 사건의 시간 간격은 양의 값을 갖지만, 광속이 절반인 좌표계에서는 음의 값을 갖는다. 음의 값이란 곧 두 사건의 순서가 역전됨을 의미한다. 즉 지구 좌표계에서는 메리가 총을 쏜 다음 존의 죽음이 일어나지만, 광속이 절반인 좌표계에서는 발사보다 심장을 꿰뚫리는 게 먼저 일어난다. 메리가 총을 쏘기도 전에 존은 이미 죽었으므로 메리는 무죄가 된다.
타키온 살인 역설에 대한 한 가지 설명은 이러한 물리학이 지배하는 세계에서는 자유의지는 없고 모든 것은 결정되어 있다는 것이다. 존이 죽는 것, 메리가 총을 쏘는 것은 순서와 상관없이 모두 일어나는 것이 불가피한 사건들이며, 따라서 둘은 그렇게 하는 것 외에 다른 선택이 없다는 것이다. 그러나 뮬러는 다행히도 타키온과 같은 입자는 아직 발견되지 않았으며, 이러한 사실이 자유의지가 존재한다는 것을 반증 가증하게 해준다고 강조한다.

엔트로피로는 ‘시간의 흐름’을 설명할 수 없다
‘무엇이 시간을 흐르게 하는가?’ ‘왜 시간은 과거에서 미래로만 흐르고, 그 역은 불가능한가?’ 이 물음에 대해 현재 물리학이 가지고 있는 유일한 대답은 엔트로피가 증가하기 때문이라는 것이다. 다른 물리학에는 시간의 방향을 지시하는 것이 아무것도 없다. 입자나 천체의 운동 영상을

작가정보

저자(글) 리처드 뮬러

번역 장종훈