박홍균의 원리한자 / 포켓속의 미국 / 상대성이론

상대성이론

3-3. 상대성이론을 이해하기 힘든 이유

자, 이제 앞 글을 읽는데 내가 약속한 5분이 넘어 가지 않았겠지. 아마도 너무나 짧아 허무하다고 생각하겠지만, 이로서 아인슈타인의 상대성이론 중 하나인 "매우 빠른 속도로 이동하면 시간이 천천히 흘러간다"는 이유가 설명되었단다. 그것도 너무나 쉽고도 간단하게... 그리고 위의 이야기가 모순이 없기 때문에 결론에 수긍을 한다면 너는 아인슈타인의 상대성이론을 이해하고 있는 거란다. 하지만, 이렇게 이야기할 가능성이 높지.

"이건 말도 안돼! 로켓 안의 시간이 다르게 간다는 것은 말도 안돼! 절대 그럴 수 없어! 더욱이 지구의 사람이 볼 때에는 로켓의 시간이 느리게 가고, 로켓 안의 사람이 볼 때는 지구의 시간이 느리게 간다는 것은 더욱 이해가 안돼!"

그렇다면, 상대성이론에 대한 이야기를 계속하기 전에, 먼저 상대성이론이 논리적이고 합리적일 뿐만 아니라 아주 간단한 이야기임에도 불구하고 이해가 되지 않는 이유부터 한번 살펴보자.

1990대 초부터 fMRI(Functional Magnetic Resonance Imaging: 기능성 자기 공명 영상)가 나오면서 뇌 속을 촬영하기 시작하였단다. fMRI로 살아 있는 사람의 뇌(즉 생각하고 있는 뇌)를 들여다 볼 수 있게 되어 뇌과학이나 신경 과학이 급속도로 발전하였단다.

[사진] fMRI로 촬영한 뇌 사진.

뇌과학자나 신경과학자의 말에 따르면, 뇌는 조금도 쉬지 않고 감각을 통해 받아들여진 자극을 처리하고 뇌 속에 저장을 한단다. 심지어 우리가 자고 있는 동안에도 뇌는 활동을 하고 있지. 예를 들어 밤에 잠을 자고 있는 도중에도 휴대폰 벨 소리를 듣고 깰 수 있는 것은, 자고 있는 중에도 뇌가 활동을 하고 있다는 증거란다.

하루 24시간 동안, 자신이 모르더라도 활동하고 있는 뇌의 활동 영역을 무의식이라고 하지. 잠을 잘 때 꿈을 꾸는 것도 바로 이러한 무의식의 활동이라는 것은 너도 잘 알고 있겠지. 또, 두 바퀴 자전거를 타고 갈 때 좌우로 넘어지지 않고 앞으로 나아갈 수 있는 것도 무의식 덕분이지.

두 바퀴 자전거가 한쪽 넘어지지 않는 이유는, 자전거가 오른쪽으로 넘어지려면 핸들을 오른쪽으로 약간 돌리고, 왼쪽으로 넘어지려면 핸들을 왼쪽으로 약간 돌리기 때문이지. 무의식은 자전거가 어느 쪽으로 넘어지려는 지를 알아서, 자전거의 핸들을 몇 도를 돌려야 하는지는 계산하여, 팔의 근육을 움직이게 하는 일을 한단다.

[사진] 자전거를 타는 아인슈타인

일상 생활에서 반복하는 습관도 모두 무의식이 하는 행위란다. 이와 같이 우리가 살아가면서 전혀 깨닫지 못하지만 우리가 살아가는데 없어서는 안 되는 것이 무의식이란다.

이런 무의식이 담당하는 영역 중 가장 큰 역할은 감성과 감정이란다. 예를 들어 길을 가는데, 모르는 사람이 갑자기 뺨을 때린다면, 자신의 생각이나 의지와는 상관없이 몸 속에서 분노나 두려움 같은 감정이 생기는데, 이러한 감정이 일어나게 하는 것이 바로 무의식이란다.

감성(感性)은 '외부에서 오는 자극이나 자극의 변화를 느끼는(感) 성질(性)'이란 뜻을 가졌고, 감정(感情)은 '어떤 현상이나 일에 대하여 일어나는 마음이나 느끼는(感) 기분(情)'이란 뜻을 가졌단다. 이러한 감정이 일어나는 이유는 살아온 동안 겪은 경험을 무의식이 뇌에 모두 기록해 두었기 때문이란다. 물론 이중에서 중요하지 않은 것은 기억 속에서 지워지지만, 반대로 아주 큰 자극은 영원히 남아 있단다. 무의식은 이러한 경험과 기억을 바탕으로 감정을 일으키게 되지.(더 나아가, 선조로 부터 물러받은 유전자도 무의식을 만드는데 중요한 역할을 한단다. 예를 들어 달걀 썩은 냄새를 싫어하는 것은, 경험에 의해서가 아니라 유전자 때문이란다.)

예를 들어, 길에서 우연히 초등학교 동창생을 만났다고 하자. 초등학교 때 재미있게 놀았던 친구라면, 자신도 모르게 기쁜 감정이 일어날 거야. 반대로 그 친구가 나를 괴롭힌 친구였다면, 분노의 감정부터 일어날 거야. 이때 어떤 감정이 일어날지는, 전적으로 무의식이 뇌 속의 기억을 꺼내어 보고 결정한단다.

트라우마(trauma)라는 말을 한번쯤 들어 보았겠지. 트라우마(trauma)는 우리말로 외상 후 스트레스장애 혹은 간단히 줄여 외상(外傷)이라고도 하는데, 사고나 폭력 등 갑작스럽게 일어난 일로 인한 신체적 정신적 쇼크를 말한단다. 예를 들어 화재 사고로 목숨을 잃은 뻔 한 적이 있는 사람은 불이나 연기를 무서워한단다. 심지어 집안의 부엌에 있는 가스 레인지의 불꽃이나 라이터의 불꽃도 무서워한단다.

내가 학교에 다닐 때 야구를 하다가 눈 위에 공을 맞아 몇 바늘 꿰맨 적이 있단다. 이후 공을 받을 때면 나도 모르게 머리를 돌린단다. 안 돌리려고 아무리 노력해도, 나의 의지와는 전혀 상관이 없지. 왜냐하면 고개를 돌리게 하는 일은 무의식이 하는 일이기 때문이야. 재채기를 할 때 눈을 감는 것도 마찬가지지. 재채기할 때 눈을 뜨고 있으려고 아무리 마음을 먹어도, 절대로 안된단다. 트라우마 환자들도 마찬가지란다. 자신이 아무리 무서워하지 않으려고 마음을 먹어도 안된단다. 이 모든 것이, 의식과는 상관없이, 무의식이 사람의 행동을 결정해 버리기 때문이지.

논리적인 이야기나 합리적인 이야기를 듣더라도 수긍을 하지 못하는 이유가 여기에 있단다. 의식이나 이성은 수긍하더라도 오랜 경험과 많은 기억으로 이루어진 무의식 혹은 감정이 수긍하지 않는다는 것이야. 너는, 위에서 이야기한 속도가 빨라지면 시간이 느리게 가는 이유를 설명하는 중에서 모순되거나 잘못된 부분을 찾아 낼 수 없었을 거야. 즉 위의 이야기는 논리적이고 합리적인 이야기임에도 불구하고, 무의식 혹은 감정이 수긍하지 않는다는 것이지.(이 또한 인간의 부조리성을 보여주는 한 예이란다.)

아마도 네가 살아 오면서도 논리적으로 맞는 이야기이지만 감정적으로 수긍이 되지 않는 경우가 많이 있었을 거야. 지구가 둥글다거나 지구가 태양의 주위를 돈다는 이야기를 네가 처음 들었을 때가 그런 예이지. 지금 너의 뇌 속에는 '시간은 절대적이다'는 기억이 가득 차 있지. 우리가 사는 일상 생활에서는 다른 사람의 시간이 느리게 가는 것을 본 적이 한 번도 없었기 때문이지. 따라서 아무리 내가 논리적으로 상대성원리를 설명하더라도 이해하기 힘든 이유는 너의 무의식이 방해하기 때문이지.

뇌과학이나 신경 과학에서는 인간을 지배하고 있는 것은 무의식이라고 이야기한단다. 다시 말하면. 무의식이 인간을 지배하고, 의식은 무의식의 노예일 뿐이라는 것이지. 너는 이 말에 대해 동의하고 싶지 않겠지만 뇌 과학이 발달하면 할수록 그런 증거들이 속속들이 밝혀지고 있단다.

무의식이라는 개념을 처음으로 이야기한 오스트리아의 정신분석학자인 프로이트(Freud, 1856~1939년)도, 100년 전에 그의 저서인 《정신분석입문》에서 다음과 같이 이야기했단다.

"오늘날 정신분석학 연구는 자아(나)가 자기 자신이라는 집의 주인이 아님을 보여주고, 의식을 넘어선 무의식 중에 벌어진 일에 대해 단편적이고 희귀한 정보로 만족해야 할 만큼 보잘 것 없다는 것을 보여줌으로써 인간의 과대망상에 일격을 가했다."

우리가 지식을 받아들일 때, 이성의 힘만으로 합리적인 이야기를 받아들일 수 없다는 것이 신기하지 않니? 지금까지 인간은 이성이 있기 때문에 논리적이고 합리적이라고 생각해왔지만 그렇지 않다는 거야. 최근에는 인간의 이성적 판단에 무의식(감정)이 반드시 개입한다는 과학적인 증거들이 조금씩 발견되고 있단다. 아마도 이런 이유 때문에 역사적으로 수많은 철학자들의 의견이 똑같은 적이 한 번도 없었다고 생각해. 왜냐하면 모든 사람들은 서로 다른 경험을 했고, 이런 다른 경험이 다른 무의식을 만들었기 때문이지.

하지만 감정이나 무의식이 수긍을 하지 않는다고 해서 시간이 느리게 간다는 상대성이론이 틀린 것은 절대 아니란다. 코페르니쿠스나 갈릴레이가 살았던 시절, 지구가 태양 주위를 돈다는 사실에 다른 사람들이 수긍을 하지 않았다고 해서 지동설이 틀린 것이 아닌 것처럼 말이야.

그렇다고 영원히 상대성이론을 이해할 수 없는 것은 아니란다. 네가 마음을 열고 조금씩 다가 온다면 의외로 쉽게 이해가 될 수 있단다. 무의식은 죽을 때까지 절대로 변하지 않기도 하지만 의외로 쉽게 바뀌기도 하는 존재라고 뇌과학자들이 이야기하기 때문이야.

PS) 네가 초등학교 때 프랑스의 소설가 생떽쥐베리의 《어린 왕자》를 읽은 적이 있지. 어린 왕자가 사는 소행성 B612는 아주 조그마한 별이지.

나는 이런 생각을 해본단다. 만약 우리의 지구가 어린 왕자가 사는 소행성 B612처럼 아주 작았다면, 고대 그리스에서 지구가 평편하다거나 둥글다는 논의 자체가 없었겠지. 지구가 둥글다는 것을 모두가 볼 수 있으니까. 그렇지만 지구는 한눈에 보기에는 너무 커서 지구가 둥글다는 사실을 알 수 없었던 거지.

아인슈타인의 상대성이론도 마찬가지 경우야. 애초부터 인간이 걷거나 달리는 속도가 빛의 속도에 근접했다면 다른 사람의 시계가 느리게 가는 것을 쉽게 알 수 있을 텐데. 문제는 우리가 움직이는 속도가 빛의 속도에 비하면 너무 느리기 때문에 이런 사실을 알 수 없었던 거지. 즉, 우리가 일상 생활에서 보는 시간의 느림은 너무나 작아서, 우리의 감각으로는 전혀 느낄 수 없었기 때문에, 시간은 모든 사람에게 똑같이 흐른다고 생각해왔던 것 뿐이야.

가장 중요한 사실은, 움직이는 물체에서 시간이 느리게 가는 현상은, 네가 이해를 하는냐 마는냐의 문제가 아니라, 그냥 우리가 사는 세상에서 일어나는 사실이라는 것이야. 다만 우리가 그 동안 경험하지 못했기 때문에 그렇지 않다고 생각하는 것 뿐이지. 흡사, 지구가 둥글다는 것은 사실임에도 불구하고 대부분의 사람들이 오랫동안 지구가 둥글다는 것을 믿지 않았던 것과 마찬가지지. 대부분의 사람들은 자신이 보는 것만 믿기 때문이지. 그리고 자신이 믿는 것이 진실, 더 나아가 진리라고 생각하지.

갑자기 어린 왕자가 한 이야기가 생각나네.

"중요한 것은 눈에 보이지 않는 거야."

김하운
(hawoon99)

저...질문인데요....광속에 가까운 속도로 로켓이 날아가고 있다고 하면, 지구의 사람이 볼 때에는 로켓의 시간이 느리게 가고, 로켓 안의 사람이 볼 때는 지구의 시간이 느리게 간다는데, 이렇게 되면 결국 두 공간의 시간 차이가 없는 것이 아닌가요???(혹시 제가 상대성 이론에 관한 개념이 부족한거면 어떤 개념이 부족한지 설명해주세요....)
(2014-01-29 오후 5:40:56)

박홍균
(hkpark)

지구의 사람은 로켓의 시간이 느리게 가고, 로켓의 사람은 지구의 시간이 느리게 가는 것으로 보입니다. 누가 보는냐에 따라 시간이 달라지지는 것인 뿐, 분명 차이가 있습니다.
(2015-03-02 오후 2:42:24)

김세연
(kisy7165)

안녕하세요 만유인력의 법칙을 검색하다가 우연히 이 글을 발견하게된 고등학교 여학생입니다. 평소에 학교에서 배운 상대성이론을 이해하고 싶다는 생각을 가지고있었지만 쉽지 않았습니다. 하지만 이 좋은 글로 이제는 상대성이론을 받아들일 수 있는 기회가 온 것 같아 너무 기쁩니다. 재미있게 글을 읽던 중 몇가지 오타를 발견해 한줄 의견쓰기에 글을 남깁니다. 자전거를 타는 아인슈타인의 사진으로부터 여섯번째 문단에 '재체기를 할 때 눈을 감는 것도 마찬가지지. 재체기할 때 눈을 뜨고 ...' , 어린왕자 사진 옆문단에서 '너무 느리게 때문에'부분에서 '재체기'-'재채기'와 '느리게'-'느리기' 의 오타를 발견했습니다. 이렇게 좋은 글을 써주셔서 감사합니다. 재미있게 보고 주변 사람들에게도 알려주어야 겠어요ㅎㅎ 감사합니다^^
(2015-03-14 오후 8:20:51)

김연주
(kyjce)

쉽게 풀어써주시고 정말 감사합니다. 개인 블로그에 글을 쓰는 중인데 참고중입니다. 블로그글에 출처 항상 밝히도록 하겠습니다. 좋은 글 정말 감사드립니다ㅠㅠ
(2015-04-22 오전 3:13:39)

주영곤
(dazzare)

"가장 중요한 사실은, 움직이는 물체에서 시간이 느리게 가는 현상은 이해를 하느냐 마느냐의 문제가 아니라, 그냥 우리가 사는 세상에서 일어나는 사실이라는 것이야." 개인적으로 이 부분이 너무 좋아서 다시 한 번 적어봅니다. 우연하게도 어린 왕자를 세 번째 읽는 중이라 더욱 반갑게 다가오네요. 얼마전 어린 왕자를 읽던 중 푸앵카레와 페렐만이 떠올라서 짧은 글을 쓴 적이 있었네요. 어린 왕자가 말했죠. "곧장 앞으로만 나아가도 그리 멀리 가진 못해."
(2015-07-13 오전 3:08:35)

박홍균
(hkpark)

김세연님 너무 감사합니다.
(2016-03-21 오전 10:32:22)