시간은 흐르는 강물과 같이 끊임없이 흐르는 연속된 것이라고 우리는 당연하게 생각하고 있다.
초침이 앞을 향해 나아가다 갑자기 멈추었다고 해서 시간이 정지했다고 생각하는 사람은 아무도 없을 것이다.
하지만, 최근의 연구에 의해 시간이란 것이 ‘콤마 만화와 같이 불연속적인 것’ 이라는 새로운 가설이 물리학자들 사이에서 화제가 되었다. 거기에 더해 그 시간이란 것이 우리가 생각하고 있던 것 보다 더 긴 것일 가능성이 있다고 영국의 뉴스잡지 데일리메일은 전하고 있다.
*더 이상 쪼갤 수 없는 ‘최소시간’의 존재
이쯤에서 1시간, 30분, 15분과 같이 반으로 쪼개가는 실험을 생각해보자. 일반적인 사고라면 아무리 짧은 시간이라도 반으로 나누는 것은 무한히 계속할 수 있을 것 같다. 하지만, 시간을 극한까지 세분화하다보면 그 이상 쪼갤 수 없는 [최소시간] 이라는 것이 존재 한다는 것이다. 시간이 연속된 것이라고 한다면, 무한히 반으로 나눌 수 있을 것이고 최소시간이라는 것은 존재하지 않을 터이지만, 양자물리학자들 사이에서는 최소시간의 존재는 실험에 의해 증명할 수 있고, 만약 증명에 성공한다면 “시간이란 불연속적인 존재다” 라는 증거가 될 것이라고 한다.
20세기에 들어 상대성이론을 인지하게 되고, 양자물리학의 분야는 비약적으로 발전했지만, 이 ‘최소시간’이라는 개념은 양자론의 아버지라 불리운 막스 플랑크가 주창한 ‘플랑크 정수’가 크게 관여하고 있다.
* 프랑크 정수란?
막스 플랑크는 지금으로부터 100여년 전에 활약한 독일의 물리학자이다. 물질을 가열하면 온도가 상승하고 나중에는 빛을 낸다. 이것은 방사에너지라 불리며, 빛은 온도가 높아짐에 따라 빨강 -> 주황 -> 노랑 -> 백색 으로 변화한다.
빛의 파장은 온도가 올라감에 따라 짧아지고, 그 결과로 진동수는 반비례적으로 많아진다. 플랑크는 실험을 반복함으로써 그 에너지량이 “연속된 것이 아니라 일정 양의 배수”가 되는 것을 발견했다. 플랑크는 방사에너지 양이 [플랑크 정수 X 빛의 진동수] 로 나타난다고 파악하고, 플랑크 정수야말로 에너지의 최소단위라고 하는 것을 물리적으로 제시해 낸 것이다.
*시간의 흐름이 콤마만화라고?
1990년이 되어 플랑크의 이론이 시간에도 적용되지 않을까라는 생각이 양자물리학자들 사이에서 생겨났다.
더 이상 분할불가능한 시간, 즉 [최소시간] 에 대한 고찰이 시작된 것이다.
최소시간이 존재한다. 그것은 시간은 끊어짐 없이 연속적으로 흐르고 있다고 인식되었지만, 실은 매우 짧은 [정지된 시간]이 낱장의 그림(애니메이션 처럼)과 같이 차례로 나타나는 것을 의미한다. 애니메이션은 각각이 정지된 그림이지만 그것을 연속시켜 바꿈으로 해서 실제로 이어진 것처럼 움직이게 한다. 또한 영상은, 사진이라는 정지된 그림을 일정 프레임으로 흘려보냄으로 사람의 눈에는 그 잔상과 섞여서 정지된 것이라는 인식을 잃게 된다. 영화에서는 24콤마초(24fps), 대부분의 비디오카메라는 30콤마초(30fps)이다. 이것과 같은 일이 시간에도 적용된다는 것이다.
그리고 ‘최소시간’은 지금껏 고찰되어온 것 보다도 하나 하나가 훨씬 긴 것일 가능성이 있다는 것이, 워터루대학과 카나다의 레스브릿지대학에 의한 공동연구에서 발표되었다. 이 연구에 따라면 양자물리의 범위에서 시간의 최소단위는, 플랑크정수에서 도출된 플랑크 시간은 1초에 10의 43승으로 분할 된 것이라고 여겨졌지만, ‘최소시간’은 그것보다 훨씬 긴 1초에 10의 17승으로 나눈 것이 최소 단위라고 결론지은 것이다. 43승과 17승간에는 폭발적이라고 할 정도의 차가 있어서 양자물리학에 커다란 영향을 미칠 것임에는 틀림이 없어 보인다.
*불연속적인 시간은 시간여행을 가능하게 할까?
워터루대학의 밀파이잘 교수는 “이제껏 논의되어온 최소시간은 너무나도 짧아서 직접 실험으로 확인할 수 없었지만, 최소시간이 실제로 더 길다고 한다면 직접 실험으로 증명할 수 있게 된다. 또한 수소원자가 방출되는 속도를 측정하는 등 최소시간이 길다는 것을 확인하는 실험은 얼마든지 있다.” 고 말한다. 그리고, 만일 시간이 불연속적인 것이고 각각이 극단적으로 짧은 것이 아니라면, 장래에는 시간여행이 가능해 질지도 모른다는 점을 시사하고 있다. 콤마만화와 같이 수없이 늘어놓은 [정지된 시간] 중에서 마음에 드는 시간의 카드를 뽑아들어 이동할 수 있게 되는 것이다. 그렇게 된다면 시간여행이라는 것 이전에 시간이라는 개념자체가 사라질지도 모를 일이다. 새로 제창되는 시간의 개념. 그 시비는 앞으로의 실험에 의해 밝혀질 것이다. 만일 그들의 이론이 맞다면 물리계 뿐 아니라 전인류에게도 많은 영향을 줄 것은 뻔하다 하겠다.
단지, 어떤 일이든 마찬가지겠지만, 모든것이 개인의 감각나름이다. 마트에서 백원 천원의 차이가 치명적으로 느끼는 사람이 있는가 하면, 국가에서 수조예산을 편성할 때 수천만원, 수억을 대수롭지 않게 여기기도 한다.
100분의 1초 이상의 세계는 눈으로 인식할 수도 없음으로 신경쓰지 않는 사람이 있는가 하면, 1만분의 1초로 결정적 순간을 포착하는 카메라맨도 있다. 설령 최소시간이 존재하더라도 우리가 인식하지 못하는 이상 감각적으로 변하는 것은 없다는 것이다.
[참고]
플랑크 상수(Planck constant)는 양자역학에서 중요한 역할을 하는 상수 중 하나로, 1900년 독일의 물리학자 막스 플랑크(Max Planck)가 처음 소개했습니다. 플랑크 상수는 ℎ로 표기되며, 약 6.62607015×10−34 J⋅s의 값을 가집니다.
플랑크 상수는 에너지와 빛의 파장(또는 주파수) 사이의 관계를 설명하는 데 사용됩니다. 특히, 플랑크 상수는 에너지와 빛의 파장 또는 주파수 사이의 관계를 나타내는 플랑크의 에너지-파장 관계(Energy-Wavelength Relation)에서 중요한 역할을 합니다.
시간에 대한 플랑크 상수는 플랑크 시간(Planck time)이라고도 하며, 시간을 측정하는 데 사용되는 매우 짧은 시간 간격을 나타냅니다. 플랑크 시간은 플랑크 길이(Planck length), 플랑크 질량(Planck mass), 플랑크 온도(Planck temperature)와 함께 플랑크 척도(Planck scale)의 일부로서 우주와 시간을 연구하는 이론 물리학에서 중요한 개념입니다.
플랑크 시간은 ��로 표기되며, 약 5.39116×10−44초로 정의됩니다. 플랑크 시간은 물리학에서 가장 짧은 시간 간격으로 간주되며, 현재 물리학의 표준 모델에서는 이론적인 개념으로 사용되고 있습니다. 그러나 플랑크 시간은 양자 중력과 같은 고에너지 물리학 혹은 우주 초기에 대한 이론적 연구에서 중요한 역할을 합니다.