[과학세상] 즐거울 땐 시간흐름이 빨라지는 까닭

이난영 과학칼럼니스트

곧 설날이다. 새해라고 떠들썩했던 게 엊그제 같은데, 벌써 한 달이 훌쩍 지났다. 1월 1일에 세웠던 계획은 작심삼일로 끝난 지 오래고, 이전과 크게 다르지 않은 일상이 이어진다. 그래서인지, ‘다시 시작해도 되는 날’이 한 번 더 주어진다는 사실에 묘하게 위안을 받는다. 그러다 문득 이런 질문이 떠오른다. 도대체 시간이 무엇이기에 우리는 새해에 이토록 의미를 부여하고, 또 어떤 때는 시간이 유난히 빠르다고 느끼는 걸까? 그리고 지나간 시간은 정말 되돌릴 수 없는 것일까? 아니, 애초에 시간은 정말 ‘존재하는 것’일까?

고대부터 뉴턴 시대까지 시간은 우주 어디서나 똑같이 흐르는 절대적인 배경으로 여겨졌다. 우리가 자고 있든 깨어 있든, 아무 일도 일어나지 않아도 시간은 묵묵히 흐른다고 믿었다. 너무나 직관적인 생각이었다.하지만 아인슈타인은 상대성 이론을 통해 이 생각을 뒤집었다. 시간은 공간과 얽혀 있으며, 물체의 속도와 중력의 세기에 따라 늘어나거나 줄어든다는 것이다. 빠르게 움직이는 물체에서는 시간이 느리게 흐르고, 강한 중력 속에서도 시간은 더디게 간다. 실제로 GPS(Global Positioning System) 위성은 이 효과를 계산에 넣지 않으면 위치가 크게 틀어진다. 즉, 시간은 고정된 배경이 아니라 ‘상황에 따라 변하는 값’이다.

양자역학에 이르면 시간의 개념은 더욱 모호해진다. 거시 세계에서 우리는 시간의 흐름을 분명하게 느낀다. 과거에서 현재, 그리고 미래로 이어지는 단방향의 흐름, 이른바 ‘시간의 화살’이다. 그 이유로 흔히 제시되는 것이 엔트로피다. 자연은 시간이 지날수록 질서정연한 상태에서 무질서한 상태로 나아간다. 정리된 방은 저절로 어질러지지만, 저절로 다시 정리되지는 않는다. 이 비가역성이 우리가 느끼는 시간의 방향이다.

그러나 최근 연구들은 이 설명조차도 완전하지 않을 수 있음을 보여준다. 원자와 입자의 세계에서는 엔트로피가 반드시 한쪽 방향으로만 증가하지 않는 현상들이 관측되기 때문이다. 특정 조건에서는 미시적인 수준에서 과정이 거꾸로 진행되는 것처럼 보일 수 있다. 더 나아가 최근의 양자역학 연구들은 ‘시간의 중첩’ 가능성까지 제시한다. 이 상태에서는 A가 B의 원인이면서 동시에 B가 A의 원인이 되는, 원인과 결과가 명확히 갈리지 않는 상황이 성립한다. 미시 세계에서는 시간의 앞뒤가 지금 우리가 아는 방식과 다를 수 있다는 뜻이다.

물론 이것이 우리가 실제로 시간을 거꾸로 살 수 있다는 의미는 아니다. 다만 우리가 경험하는 시간의 방향이 자연의 절대적 성질이기보다는, 수많은 입자가 모여 나타나는 집단적 현상일 수 있다는 점을 시사한다. 물 한 방울에는 흐름이 없지만, 강물에는 분명한 방향이 있는 것처럼 말이다.

물리적 시간만큼이나 흥미로운 것은 우리가 느끼는 ‘심리적 시간’이다. 즐거운 시간은 빠르게 지나가지만, 지루한 시간은 유난히 길게 느껴진다. 이유가 무엇일까? 최근 코넬대학교 연구팀은 이 질문에 대해 심장 박동과의 연관성을 제시했다. 이 연구에 따르면 심장 박동 사이의 미세한 간격 변화가 뇌의 정보 처리 방식에 영향을 주어, 우리가 느끼는 시간의 길이를 달라지게 만든다. 심장이 빨리 뛰면 뇌는 외부 자극을 더 촘촘하게 받아들여 시간을 상대적으로 길게 인식하고, 심장 박동 속도가 느려지면 시간은 압축된다. 다시 말해 시간 감각은 단순히 뇌 내부의 독자적 작용이 아니라, 심장이 매순간 뇌에 전달하는 생리적 신호의 ‘주름(Wrinkles)’을 통해 만들어진다. 결국 시간 감각은 뇌와 심장의 공동 작업으로 만들어지는 생리적 경험인 셈이다.

이 결과는 물리학이 던져온 질문과도 자연스럽게 맞닿아 있다. 현대 물리학은 이미 시간이 모두에게 똑같이 흐르지 않는다는 사실을 보여주었다. 그리고 뇌과학은 그 흐름이 인간의 몸 안에서도 각자 다르게 구성된다는 점을 알려준다. 시간은 바깥 세계에 고정된 틀이 아니라, 우리가 살아 있는 몸으로 매순간 새롭게 경험하는 감각이다.

그래서인지 설날이라는 ‘두 번째 새해’는 단순한 달력 이상의 의미로 다가온다. 시간은 흘러가지만, 우리가 시간을 느끼고 받아들이는 방식은 언제든 다시 시작할 수 있으니까.