물리학은 오랫동안 시간과 공간을 세상의 기본 무대이자 불변의 배경으로 여겨왔다. 오늘은 시간과 공간은 끈의 움직임에 불과한가에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 그러나 초끈이론은 이조차도 근본이 아니며, 시간과 공간마저 끈의 진동에서 비롯된 결과일 수 있음을 시사한다.
시간과 공간의 절대성은 환상일까?
뉴턴 역학에서 시간과 공간은 절대적이었다. 모든 사건은 동일한 시공간 위에서 발생하며, 그 배경은 흔들림 없이 고정된 것으로 여겨졌다. 하지만 20세기 초 아인슈타인의 상대성 이론이 등장하면서 이 믿음은 무너졌다. 시간은 중력에 따라 달라지고, 공간은 질량에 의해 휘어진다. 즉, 시간과 공간은 고정된 것이 아니라 변화하는 존재가 되었으며, 관측자의 위치나 속도에 따라 상대적으로 다르게 나타난다.
그러나 상대성이론조차도 시간과 공간을 여전히 ‘기본적인 존재’로 간주했다. 문제는 양자역학이 등장하면서 더욱 복잡해졌다. 미시세계에서는 입자의 위치나 속도가 확률적으로만 결정되며, 시공간조차도 명확하게 정의되지 않는다. 이 두 이론을 통합하려는 시도에서 등장한 것이 바로 초끈이론이다. 초끈이론은 시간과 공간이 더 이상 기본 단위가 아니라고 본다. 모든 입자, 힘, 심지어 시공간 자체도 끈의 진동 양상에서 비롯된 ‘현상’일 뿐이라는 것이다.
즉, 우리가 인식하는 시간과 공간은 궁극적인 실체가 아니라 끈의 움직임이 만들어낸 착시 같은 것일 수 있다. 이 주장은 과학적 논의의 중심에 있을 뿐 아니라, 세계를 바라보는 철학적 시각도 송두리째 뒤흔든다. 만약 시간이 흘러가는 것이 끈의 진동 주기에서 비롯된다면, ‘과거’와 ‘미래’는 우리 인식의 편의일 뿐, 실제로는 존재하지 않을 수도 있는 것이다.
시공간이 만들어지는 과정, 그리고 11차원의 가능성
초끈이론은 단순히 끈 하나로 모든 입자를 설명하는 데서 그치지 않는다. 이 이론에 따르면, 시공간 자체가 끈이 진동할 수 있는 무대이자 결과물이다. 그런데 흥미로운 점은, 이 끈들이 안정적으로 진동하려면 우리가 아는 4차원 시공간만으로는 부족하다는 것이다. 수학적으로 일관성을 유지하기 위해서는 10차원 혹은 11차원의 시공간이 필요하다고 계산된다.
여기서 11차원은 우리가 보는 3차원의 공간, 그리고 시간이라는 1차원을 넘어서, 추가적인 7~8개의 차원이 더 존재한다는 의미다. 그런데 이 차원들은 왜 우리 눈에 보이지 않을까? 이에 대한 설명으로는 ‘콤팩트화’ 개념이 있다. 이는 추가적인 차원들이 상상할 수 없을 만큼 작게 말려 있어서 우리 일상에서는 감지되지 않는다는 것이다.
하지만 일부 이론가들은 이 숨겨진 차원들이 중력과 밀접한 관계가 있다고 본다. 중력이 유독 다른 힘에 비해 약하게 느껴지는 이유도, 그 힘의 일부가 다른 차원으로 새어나가기 때문이라는 주장이다. 그렇다면 우리가 살고 있는 이 우주는, 사실은 더 넓은 차원 구조 안에 떠 있는 얇은 막(brane)에 불과할 수도 있다. 이러한 가능성은 우리가 지금까지 당연하게 여겨온 시공간의 개념을 완전히 새롭게 정의하게 만든다.
시간과 공간의 본질을 다시 묻다.
고대 철학자들도 시간과 공간의 본질에 대해 고민했다. 시간이 실제로 흐르는 것인지, 공간이 독립적인 실체인지에 대한 논의는 지금까지도 완전히 해결되지 않았다. 초끈이론은 이 논의에 과학적 토대를 제공하며, 시간과 공간이 물리적 실체가 아니라 수학적 구조 혹은 인식의 틀일 수 있음을 시사한다.
예를 들어, 양자중력 이론과 관련된 연구에서는 시공간이 양자 얽힘에서 비롯된 것일 수 있다는 가설도 제기된다. 이는 곧 ‘시공간 이전의 무언가’가 존재할 가능성을 의미한다. 즉, 우리가 생각하는 것처럼 우주가 시간과 공간 위에 ‘존재’하는 것이 아니라, 시간과 공간이 어떤 더 근본적인 구조에서부터 ‘발생’했을 수도 있다는 것이다.
만약 이 가설이 옳다면, 우리는 지금까지 ‘존재’라고 믿어온 모든 것의 기반이 완전히 달라질 수 있다. 시간은 무조건 앞으로 흐르지 않을 수 있고, 공간은 우리가 보는 것보다 훨씬 더 복잡한 구조를 가질 수 있다. 이는 단지 물리학의 문제가 아니라, 인간이 현실을 어떻게 이해하느냐에 대한 근본적인 물음이기도 하다.