시간은 "흐르는" 것이 아니다 - 왜 미래만이 오는가? "정보"가 만들어내는 시간의 화살이라는 새로운 시나리오

1) "시간이 흐른다"는 당연한 일이었다

초침이 움직이고 아침이 오고 밤이 된다. 우리는 "과거→현재→미래"라는 한 방향의 열차에 탄 것처럼 살아간다. 태어나고, 나이를 먹고, 죽는다—순서는 거꾸로 되지 않는다. 그래서 시간은 공기처럼 "처음부터 거기 있는" 기본 구성 요소로 보인다.

그러나 물리학은 100년 이상 이 "당연함"에 골머리를 앓아왔다. 시간은 확실히 측정할 수 있다. 하지만 "시간이란 무엇인가"를 세계의 기초 방정식의 언어로 일관되게 설명하려고 하면, 갑자기 의문스러워진다.

2) 상대론은 시간을 "늘리고 줄이며", 양자론은 시간을 "전제"로 삼았다

첫 번째 충격은 상대성 이론이었다. 시간은 모든 사람에게 공통된 절대적인 흐름이 아니라, 중력이나 운동에 따라 진행 방식이 달라진다. 서로 다른 움직임을 하는 관찰자가 "동시"를 일치시킬 수 없다는 사실은 우리의 직관을 조용히 파괴했다. 시간은 공간과 하나가 되어 "시공간"이라는 4차원의 직물이 되었다.

한편 양자역학은 더 단호하다. 양자의 방정식은 "시간에 대해 어떻게 변화하는가"는 말하지만, 시간 자체의 유래는 말하지 않는다. 시간은 외부에 놓인 "배경의 시계"로서 조용히 빌려오는 존재다.

여기서 심각한 불일치가 발생한다. 중력(상대론)과 양자(양자역학)를 같은 무대에 올려 "통일 이론"을 만들려고 하면, 시간이 방정식에서 사라질 수 있다. 우주가 "얼어붙은 한 장의 그림"처럼 보인다—이것이 유명한 "시간의 문제"다.

3) "엔트로피가 증가하기 때문에 시간이 흐른다"는 마지막 한 수가 부족하다

시간의 화살을 설명하는 정석은 열역학이다. 컵은 깨져 흩어지지만, 조각이 저절로 원래대로 돌아가는 일은 없다. 무질서함(엔트로피)이 증가하는 방향이 "미래"로 보인다. 기억이 과거에만 만들어지는 것도 비가역성과 관련이 있다고 말하고 싶어진다.

그러나 여기에는 "숙제"가 남는다. 미시적인 기본 법칙(양자의 방정식)은 과거와 미래를 구분하지 않는 형태를 하고 있다. 시간의 방향은 다수의 입자의 통계나 환경과의 상호작용을 포함할 때 보이기 시작한다. 더 까다로운 것은 "왜 우주는 낮은 엔트로피에서 시작했는가"라는 초기 조건 문제다. 흩어진 상태가 압도적으로 많은데, 우주는 왜 이상하게 "정돈된 시작"을 가졌는가.

4) 여기서 부상하는 "정보의 혁명"—정보는 "단순한 장부"가 아니다

최근의 "조용한 혁명"은 정보를 주역으로 끌어올렸다. 예전에는 정보가 상태나 확률을 정리하기 위한 편리한 도구(수학적 메모)였다. 그러나 열역학·양자·중력이 교차하는 곳에서는 "정보를 단순한 추상물로 취급하는 것"만으로는 모순이 터져 나온다.

상징적인 예가 블랙홀이다. 호킹 복사에 의해 블랙홀이 열적으로 증발한다면, 안으로 떨어진 물체의 정보가 "열로서 사라지는" 것처럼 보인다. 하지만 양자론은 정보가 완전히 사라지는 것을 허용하지 않는다. 여기서 "정보는 임의적이지 않다. 물리 그 자체다"라는 결론으로 밀려나간다. 정보를 지우는 데는 에너지 비용이 들고, 보존이나 기록에는 물리적 자원이 필요하다—정보는 세계의 장부가 아니라, 세계의 일부다.

게다가 중력과 열역학을 잇는 논의도 후원했다. 시공간의 기하(곡률)를 엔트로피나 정보의 원리에서 도출하는 발상이 나타나고, 중력은 "근원적인 힘"이라기보다 "나타나는 성질(창발)"일지도 모른다고 시사된다. 온도가 분자 집단의 행동에서 일어나는 것처럼, 중력이나 시공간도 더 깊은 층에서 일어나는 것이 아닐까.

5) 시공간은 "기억 매체"—우주는 사건을 잊지 않는다

이번 기사가 제시하는 핵심은 여기다. 시공간 자체를 정보를 기록하는 매체로 간주한다. 상대론이 그리는 것 같은 연속적이고 매끄러운 시공간이 아니라, 유한한 용량의 "이산적인 요소"로 이루어진 층이 있으며, 그곳에 양자 정보의 흔적이 남는다는 이미지다.

중요한 것은 "기록"은 비유가 아니라는 입장이다. 상호작용은 반드시 환경에 정보를 누출하고 흔적을 남긴다. 이론적으로는 방정식을 거꾸로 돌릴 수 있어도, 현실에서는 "주위에 흩어진 정보"까지 포함해 완전히 되돌리는 것은 불가능에 가깝다. 깨진 컵이 돌아오지 않는 것은 단지 "무질서하기 때문"이 아니라, 사건이 우주의 여기저기에 기록되어 버리기 때문이라는 것이다.

이렇게 해서 우주는 "지금 있는 것"뿐만 아니라 "지금까지 일어난 일"을 내장한다. 상호작용이 많은 영역은 많은 정보 흔적을 안고, 적은 영역은 "백지"에 가깝다. 시공간은 중립적인 무대가 아니라, 다음 사건을 제약하고 형성하는 참여자가 된다.

6) 시간은 "배경"이 아니라 "결과"—비가역적인 정보의 축적이 순서를 만든다

여기서부터가 "시간의 정체"에 들어가는 부분이다. 시간을 처음부터 두는 것이 아니라, 사건의 비가역적인 "정보의 기록"에서 시간의 순서를 세운다.

생각은 간단하다. 상호작용이 일어날 때마다 우주에 정보가 새겨진다. 새겨진 정보는 열역학과 양자의 제약 아래 "전 지구적으로는 지울 수 없다". 이 "지울 수 없는 기록의 증가"가 사건의 자연스러운 배열=시간의 화살을 제공한다. 빠른 상태는 기록이 적고, 느린 상태는 기록이 많다. 미래와 과거의 차이는 우주가 과거에 대한 정보를 가지고 있고, 미래에 대해서는 가질 수 없다는 비대칭성으로 나타난다.

이 틀의 도발적인 매력은 엔트로피의 "초기 조건 가챠"에 너무 의존하지 않는 점에 있다. 우주가 낮은 엔트로피에서 시작된 이유를 먼저 가정하지 않아도, "상호작용이 일어나고 정보가 비가역적으로 새겨지는 한, 시간은 흐른다"고 말할 수 있다.

7) 암흑 물질까지 "정보의 흔적"으로?—야심 찬 통일의 냄새

더 나아가면, 이 "정보의 축적"이 중력에도 영향을 미친다는 것이다. 시공간의 곡률이 질량·에너지뿐만 아니라 양자 정보(특히 얽힘)의 분포에도 의존한다면, 과거의 상호작용을 많이 기록한 영역은 더 강하게 휘어질(=중력이 강한 것처럼 행동할) 가능성이 있다.

그리고 저자는 은하 회전 등에서 요구되는 "보이지 않는 중력"을 미지의 입자(암흑 물질)가 아니라 "시공간에 축적된 정보의 잔류 효과"로 해석할 수 있을지도 모른다고 제시한다. 암흑 물질·암흑 에너지·시간의 화살이 같은 "비가역적인 정보의 기록"에서 나온다는 이 한 문장이 기사 전체의 야심을 상징하고 있다.

물론, 여기는 가장 논쟁이 뜨거워지는 곳이기도 하다. 암흑 물질은 천문학·우주론의 관측적인 "현상의 묶음"이며, 설명은 입자 가설뿐만 아니라, 그래도 대안에는 엄격한 검증이 요구된다. 매력적인 통일일수록 검증의 장벽도 높다.

8) "철학적이다"로 끝내지 않는다: 어떻게 테스트할 것인가

시간론은 종종 "과학이라기보다 철학"이라고 말해지기 쉽다. 그러나 기사는 검증 가능성에 발을 들이려 한다.

먼저 블랙홀. 만약 정보가 사라지지 않는다면, 낙하물의 정보는 지평선의 "앞"에서 시공간에 새겨지고, 증발 후에도 영향을 남겨야 한다. 호킹 복사는 완전히 무작위가 아니라, 블랙홀의 "이력"을 미세하게 반영할지도 모른다. 현재의 기술로는 어렵지만, 겨냥할 목표가 있다는 주장이다.

다음으로 실험실. 양자 컴퓨터와 같은 제어계에서는 기초 방정식이 가역적이어도, 정보의 기록·확산·회수 방식에 따라 "실효적인 시간의 화살"이 생성되는 것이 보여지고 있다고 한다. 우주 규모의 논의를 실험실 크기로 내리는 시도가 있는 것은 크다.

9) SNS의 반응: "우주는 자신에게 시간을 기록한다"는 말이 꽂혔다

이 기사가 확산될 때, 사람들이 반응하는 포인트는 크게 두 가지로 나뉜다.

하나는 "시적이고 강렬한 한 문장"이다. 결말의 "시간은 우주가 자신에게 계속 기록하는 것이다"라는 취지의 문구가 인용되기 쉽다. 실제로 X(구 Twitter)에서는 이 한 문장을 인용하며 시간관의 전복에 놀라는 게시물이 보인다.

또 하나는 "모두 포함된 느낌"이다. 시간의 화살뿐만 아니라 암흑 물질이나 암흑 에너지까지 같은 무대에 올리려는 자세가 자극적으로 받아들여진다. X의 게시물 스니펫에서도 암흑 물질·암흑 에너지·시간의 화살이 하나의 과정에서 나온다는 줄거리에 언급하며 공유하는 움직임이 보인다.

테크 중심의 커뮤니티에서는 비유가 한꺼번에 "공학적인" 방향으로 변환되는 것이 흥미롭다. Hacker News의 스레드에서는 우주를 "리비전 관리 시스템(버전 관리)"에 비유하는 농담 같은 댓글이 나오거나, 광속을 "공간을 통한 정보 전달의 레이턴시(지연)"로 간주하는 연상이 튀어나오거나 한다. 게다가 "상호작용이 축적된다면 오래된 은하는 블랙홀화하는가?"라는 소박하지만 날카로운 의문도 던져지고 있다.

그리고 무엇보다 "꽂힌 사람"의 솔직한 감상이 시각화된다. "시간을 정보와 중력의 이야기로 엮은 것은 처음 읽었는데, 굉장히 설득력이 있다"는 텐션의 댓글이 달리면 독자는 "어렵지만 재미있다"는 방향으로 끌려간다.

한편, SNS상의 열기는 내용 그 자체의 엄밀함과는 별개로 "말의 강함"으로 증폭되는 측면도 있다. 시간이나 우주론은 원래 로맨스에 강한 자장을 가진다. 그렇기 때문에 이것이 "검증으로 내려오는 이론"인지, "매력적인 통일 이야기"인지는 앞으로의 이론적 정비와 관측·실험의 축적이 결정한다.

10) 요약: 시간을 "전제"로 하지 않는 물리로

이 기사가 제안하는 것은, 시간을 "흐르는 것"으로 처음에 두는 세계관에서, 시간을 "우주의 기록의 증가"로서 나중에 세우는 세계관으로의 전환이다. 시공간이 정보를 유지하고, 상호작용이 지울 수 없는 흔적을 남긴다. 그래서 사건에는 순서가 생기고, 우리는 "시간이 흐른다"고 부른다.

이 관점이 진짜라면, 시간의 화살, 블랙홀 정보 문제, 중력의 창발, 더 나아가 암흑 물질·암흑 에너지까지가 하나의 실로 연결될 가능성이 있다. 물론, 하나로 연결할수록 검증은 어려워진다. 그러나 "시간은 배경이 아니다"라는 질문을 정보라는 구체적인 물리량으로 밀고 나가는 시도는 적어도 "조용한 혁명"이라고 부