“과거나 미래 같은 것은 존재하지 않는다” 물리학자 카를로 로벨리의 시간 개념에 대한 도전 (1/2)
우리는 시간을 모든 것을 빨아들이며 “흘러 가는” 강물이라 생각합니다. 그 경우 죽음은 강가에 우리를 내려놓는 것이 될겁니다. 어쨌든 시간은 흘러갑니다. 영원히 앞으로 흘러가지요. 그런데 정말 시간이 그런 것일까요? 시인들은 때로 시간을 주춤거리고, 기어가고, 느려지며 심지어 멈추는 것처럼 보인다고 말합니다. 또 과거는 피할 수 없는 것이며 물건이나 사람, 장소에 새겨져있다고 표현하지요. 줄리엣이 로미오를 기다릴때 시간은 더디게 흘렀을겁니다. 아마 태양신의 아들 파에톤이 다시 한 번 아버지의 전차를 빠르게 몰아 “밤을 즉시 몰고오기를” 바랬겠지요. 우리는 너무나 현실같은 꿈에서 깨어났을때도 평소 느끼던 시간이라는 개념이 환상일지 모른다는 생각을 하게됩니다.
카를로 로벨리는 일반인을 위한 물리학 책을 쓰는 이탈리아의 이론물리학자입니다. “모든 순간의 물리학(Seven Brief Lessons on Physics)”은 블록홀에서 양자에 이르는 주제를 단순하고 참신하게 설명해 세계적으로 130만권이 팔렸습니다. 그의 신작 “시간의 순서(The Order of Time)”는 시간에 대한 시적이면서도 현기증을 불러일으키는 작품으로 그저 “흐르는” 것이라고만 생각했던 내가 시간에 대해 가지고 있던 개념을 모든 면에서 완전히 뒤바꾸어 놓았습니다.
우리는 로벨리가 수학했던 볼로냐의 산 페트로니오 교회 앞에서 만났습니다. (“나는 코페르니쿠스처럼 볼로냐에서 학부를, 파두아에서 대학원을 나왔다고 말하기 좋아합니다.” 그의 말입니다.) 60대 초반의 작은 체구를 가진 그는 약간 들뜬 모습으로 추억에 잠긴듯 했습니다. 그는 지난 2010년 부터 마르세이유의 이론물리센터에서 양자중력센터를 이끌고 있습니다. 그 전에는 미국 피츠버그 대학에서 10년 정도 지냈습니다.
그는 볼로냐를 거의 방문하지 않는 듯, 볼로냐의 오랜 친구들과 연락 했습니다. 우리는 대학가를 거닐었습니다. 베르디 광장은 학생들로 가득차 있었습니다. 깃발과 낙서, 플랭카드 등이 파시스트에 대한 반대와 쿠르드 족 지지에 대한 내용을 담고 있었고, 2016년 이집트에서 살해당한 캠브리지의 박사과정 학생이었던 줄리오 레제니를 기억하자는 팻말도 있었습니다.
“내가 학생일때는 바리케이드를 치고 경찰과 대치하곤 했지요.” 그는 당시 운동권이었습니다. 그와 그의 친구들은 무엇을 주장했을까요? “별것 아니었어요. 우리는 국경이 없어지고, 국가가 존재하지 않으며, 전쟁이 사라진, 종교가 없고, 가족이 없고, 학교가 없고, 사유재산이 없는 세상을 꿈꾸었죠.”
이제 그는 자신의 젊은 시절이 너무 급진적이었다고 말하며, 사유재산을 없애는 것이나 질투 없이 사는 것은 매우 힘든 일이라 말합니다. 그리고 LSD가 있습니다. 그는 LSD를 몇 번 해 보았습니다. 그 경험은 후에 그가 물리학에 관심을 가지는데, 특히 시간이라는 개념에 의문을 가지는데 도움이 되었습니다. “LSD는 감정적으로만이 아니라 지적으로도 매우 강력한 인상을 남겼습니다.” 그는 회상합니다. “여러 이상한 느낌 중 가장 특별한 것은 시간이 멈춘 듯한 느낌입니다. 무언가가 내 마음속에 일어나고 있었지만 시계는 움직이지 않았죠. 시간은 전혀 흘러가지 않았습니다.” 그것은 실재의 구조가 완전히 전복되는 경험이었습니다. 그는 물건들이 번쩍이며 이상한 형태를 취하는 환상을 보았고, 또한 그 경험 중에도 스스로에게 도대체 무슨 일이 일어나고 있는지를 물었던 것을 기억합니다.
“나는 생각했습니다. ‘내 뇌 속의 화학물질 조성이 변하고 있군. 하지만 평소의 인식이 옳고 지금의 인식이 틀렸다는 것을 어떻게 알 수 있지? 세상을 인식하는 두 가지 방법이 이렇게 다르다면 어떤 것이 옳은 것인지 누가 알 수 있을까?” 그가 LSD를 통해 깨달음을 얻었다고 말할때와 자신이 학생일때 칼라브리아 해변에 누워 아인슈타인의 책을 읽으며 이 세상이 사실 눈에 보이는 형태가 아니라 그 위대한 물리학자가 설명하는 것처럼 물결치는 시공간 속에 놓여있음을 깨달았다고 말할때의 느낌은 매우 비슷했습니다.
그는 보수적인 베로나 출신의 부모님에게 걱정을 끼쳐 드렸었다고 말합니다. 이제 90대인 그의 아버지는 카를로가 어렸을때 그의 선생님이 카를로는 그런대로 잘하고 있다고 말하며, 단지 머리가 좀 길고, 급진적이며, 종종 경찰과 부딪힐 뿐이라고 말했을때 크게 놀랐습니다. 한때 이탈리아에서 학생운동은 긍정적인 분위기였지만 1978년 한 급진파가 전직 수상인 알도 모로를 납치해 살해하면서 분위기는 크게 바뀌었고, 로벨리는 물리학에 빠져들기 시작했습니다. 하지만 그의 학계 경력은 남들과 다릅니다. “요즘은 사람들이 일자리가 없다고 고민이지요. 우리가 어렸을때는 어떻게 해야 직장인이 되지 않을 수 있을까 하는 것이 고민이었습니다. 하지만 나는 ‘생산적인 시스템’의 일부가 되고 싶지 않았죠.”
학계는 일반적인 직장에서 하는 일을 피할 수 있는 곳으로 보였고 그는 몇 년 동안 직장을 잡기 보다는 자신의 호기심을 따라다녔습니다. 그는 북부 이탈리아 토렌토의 한 연구팀으로 가서 몇 달 동안 자신의 차에서 잠을 자며 연구하기도 했습니다. (“나는 몸을 씻기 위해 학교 샤워실을 이용했지요.”) 그는 크리스 이샴과 같이 연구하기 위해 런던으로 갔고, 앱해이 아쉬테카와 리 스몰린과 같이 연구하기 위해 미국으로 갔습니다. “나는 다른 학생들과는 비교할 수 없을 정도로 늦게 첫 논문을 썼습니다. 하지만 그들보다 더 많은 것을 알았고, 더 많은 시간을 들였기 때문에 꼭 손해만은 아니었죠.”
그의 책이 인기를 끈 것도 다른 이들에 비해 좀 늦다고 볼 수 있습니다. 그는 양자중력 공부를 끝내고 나서 2004년 첫 책을 썼습니다. “모든 순간의 물리학”이 입문서에 해당한다면, “시간의 순서”는 조금 더 어렵습니다. 이 책에서 그는 “내가 과학을 위해 하는 일, 내가 깊게 생각하는 것, 내게 중요한 문제”를 다루었습니다.
로벨리가 물리학자로서 남긴 업적은 크게 보아 아인슈타인과 양자 이론이 채우지 못한 영역입니다. 일반상대론은 모든 것이 연속적이면서 휘어진 시공간을 다룬다면, 양자이론은 불연속적인 에너지가 상호작용하는 세계를 다룹니다. 로벨리는 이렇게 말합니다. “양자역학은 휘어진 시공간을 다루지 못하는 반면, 일반상대론은 양자를 다루지 못한다.”
이 두 이론은 모두 성공적이었지만 이들을 연결하는 문제는 아직 남아 있습니다. 따라서 오늘날 이론 물리학에서 이루어지는 주요한 작업 중 하나는 이 두 이론을 모두 설명하는 구조를 만드는 것입니다. 시공간이 그 자체로 미세한 구조로 꼬여 있는 알갱이라고 말하는 로벨리의 루프 이론, 혹은 루프 양자 중력은 그 문제의 가능한 답 중 하나입니다.
끈이론은 이 문제를 해결하는 또다른 방식의 답입니다. 내가 그에게 그의 양자중력이론이 틀렸을 가능성을 묻자 그는 맞고 틀리는 것은 중요하지 않다고 말합니다. 중요한 것은 논쟁을 진행시키는 것이라는 뜻입니다. “만약 누군가가 역사상 가장 충격적이면서, 가장 오래 남아있을 이론을 만든 사람이 누구냐고 묻는다면 그것은 두말할 것 없이 아인슈타인입니다. 하지만 가장 실수를 많이 저지른 과학자가 누구냐는 질문에도 나는 아인슈타인을 말할겁니다.”
(가디언, Charlotte Higgins)