최신 물리학에서는 '시간이 존재하지 않는다'!?

물리학 분야에서 시간과 공간에는 분할 불가능한 최소 단위가 존재한다고 알려져 있습니다. 시간과 공간의 최소 단위가 있다는 이론은 '루프양자중력이론'입니다. 루프양자중력이론에서는 더 이상 분할 불가능한 길이를 플랑크 길이, 질량을 플랑크 질량이라고 합니다.

물리학자들은 길이와 질량과 마찬가지로 시간에 최소 단위가 적용된다고 생각했습니다. 즉, 시간에도 더 이상 분할할 수 없는 최소 폭이 존재하고 그 시간을 플랑크 시간이라고 부르고 있습니다. 이 플랑크 시간은 진공에서 빛이 플랑크 길이를 이동하는 데 걸리는 시간으로 약 5×10^-44초입니다. 소수점 뒤에 0이 43개 줄지어 있는 매우 작은 수이며 극히 짧은 시간인 것을 알 수 있습니다.

그리고 루프양자중력이론의 가설이 정확하다면 시간은 불연속이라고 말할 수 있습니다. 애니메이션은 하나하나가 정지한 이미지이지만 연속으로 넘기면 마치 움직이고 있는 것처럼 보입니다. 실제로는 YouTube 등에서 재생되고 있는 동영상도 같은 것으로 뇌의 인식능력에 의해 움직이고 있다고 착각하고 있을 뿐입니다. 이 같은 현상을 시간에 대해서도 말할 수 있습니다. 즉 뇌가 착각하고 시간도 움직이고 있는 것처럼 보일 뿐일지도 모릅니다.

게다가 플랑크 시간보다 짧은 시간에는 물리적으로 의미가 있는 것은 알려져 있지 않고 시간의 개념은 존재하지 않습니다. 이 플랑크 시간보다 짧은 시간에 대해서는 양자중력이론에서 고찰되어 왔습니다. 양자중력이론은 일반상대성이론과 양자역학을 통일하기 위한 이론입니다. 즉 양자중력이론에서는 겉보기에 다른 것처럼 보이는 시간과 공간이 물질과 같은 원리에 의한 것이라고 생각합니다.

시간이 없다고 가정하면 시간 대신에 무엇이 존재하는가?. 우리 인간은 과거에서 미래로 시간이 흐르는 것처럼 느낍니다. 우리가 생각하는 시간의 흐름은 엔트로피의 증가로 설명할 수 있습니다. 엔트로피는 불규칙성의 정도를 나타내는 양을 의미합니다. 사물은 시간이 지날수록 난잡하고 무질서한 방향으로 향한다는 의미입니다. 예를 들어 뜨거운 물체가 차가운 물체에 닿으면 열이 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 흐릅니다. 이 열의 움직임은 한 방향으로만 발생하며 자발적으로 원래 상태로 돌아가지 않습니다. 이것을 엔트로피 증대의 법칙이라고 부르며 물리학의 기본적인 대원칙 중 하나입니다. 따라서 시간이라고 생각했던 것도 단지 엔트로피의 변화일지도 모릅니다. 따라서 시간이라고 부르는 것은 여러 사건끼리의 상호작용이라고 할 수 있습니다.

엔트로피가 늘어나는 방향을 미래, 줄이는 방향을 과거라고 부르는 것만으로 시간의 방향을 결정하고 있는 것이 엔트로피라고 말하는 것도 가능합니다. 이 엔트로피가 증가함에 따라 에너지가 열로 변환됩니다. 에너지를 열로 변환할 때 흔적을 남기기 때문에 과거에는 흔적이 있지만 미래의 흔적은 존재하지 않습니다. 결과적으로 세계는 사물이 아니라 실제로는 사건의 모임이며 여러 사건의 관계성을 시간처럼 느끼고 있습니다.

아인슈타인은 상대성이론으로 시간의 진행방식은 관측자마다 다르다고 보았습니다.
아인슈타인의 상대성이론에 따르면 우주에는 공통의 현재가 없기 때문에 절대적인 시간도 없습니다. 결국 시간이란 인간이 낳은 단순한 개념입니다.

현재 연구자들은 시간이라는 변수가 없는 루프양자중력이론을 연구하고 있습니다. 에너지와 시간에는 밀접한 관계가 있기 때문에 어디까지나 시간이라는 단어를 사용하여 에너지의 상호관계를 표현하고 있는 것입니다.
과거에서 미래로 흐름이 일방적인 것은 엔트로피가 낮은 곳에서 높은 곳으로 향하고 있을 뿐이며, 이것을 우리 인간은 시간이라고 표현하고 있습니다.

한편 엔트로피의 증대에 의한 사건끼리의 관계성을 시간이 흐르고 있다고 착각하고 있습니다. 우연인지는 불분명하지만 우주의 초기 상태의 엔트로피는 낮았다고 할 수 있습니다. 최초의 엔트로피가 극단적으로 낮았기 때문에 우주의 곳곳에서 엔트로피는 증대할 수밖에 없습니다.

왜 초기 우주는 엔트로피가 낮고 질서가 있었는지 의문이 남아 있습니다. 그 이유는 과거와 미래가 표리일체인, 즉 과거에 의해 미래가 하나로 결정된다고 생각하면 설명을 할 수 있다고 합니다. 현재가 유일하다면 시간의 흐름을 거슬러 올라간 과거도 하나이며 동시에 시간의 흐름을 내려간 미래도 하나로 결정됩니다. 우리가 있는 우주는 우연히 원인에서 결과로 흐르는 것으로, 결과에서 원인으로 흘러가도 모순이 생기지 않습니다. 예를 들어 손으로 뿌린 물이 쏟아져 나가는 영상을 역재생하면 과거와 미래를 바꾸는 조작을 체감하기 쉽습니다. 역재생의 영상에서는 쏟아져 있던 물이 떠올라 손에 들어가는 장면은 평상시의 생활로부터 생각하면 위화감을 느낀다고 생각합니다. 그에 비해 어딘가 먼 우주의 사건을 역재생해 보았다고 해도 아마 아무것도 생각하지 않습니다.

우리는 시간이 일방통행이라는 사고방식에 익숙해져 버리기 때문에 과거와 미래는 동등하다는 감각에 익숙하지 않습니다. 다른 우주에서 우리의 우주를 보았을 때 과거와 미래가 바뀌어도 아마도 아무런 문제가 없을 것입니다. 엔트로피로 바꿔 말하면 다른 우주에서 보면 엔트로피는 증대하지 않을지도 모르고, 원래 엔트로피라는 변수도 존재하지 않을 가능성도 있습니다.

시간이 존재하지 않는다는 것은 어디까지나 물리학자나 철학자에 의한 몇 개의 가설이 섞였을 때의 이야기입니다. 평소의 우리는 화상의 연속인 동영상을 움직이고 있는 것처럼 느끼는데 이것과 같이 시간도 착각인지 아니면 시간이 실재하는지는 모릅니다.

만약 시간이 존재하지 않는다는 것이 증명되면 어떻게 될까요? 시간이 없어도 우리의 일상생활에는 아무런 영향이 없다는 의견도 있습니다. 그러나 물리학 분야에서는 큰 영향을 미칠 것입니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 最新の物理学では「時間は存在しない」かもしれない!?
https://www.youtube.com/watch?v=n4rmuxGudQw