시간의 방향과 엔트로피의 기초
물리학자들은 엔트로피를 무질서의 척도로 설명하지만, 나는 엔트로피를 미시상태들의 통계적 분포로 보는 편이 더 정확하다고 생각한다. 우주는 초기 조건에 의해 엔트로피가 낮은 상태로 시작했다고 과학자들은 가정한다. 시간은 일상에서 과거에서 미래로 흐른다고 관찰자들은 믿는다. 엔트로피는 통계역학의 법칙에 따라 증가하는 경향을 보인다고 물리학자들은 말한다. 보존되는 미시역학 법칙들은 시간역전 대칭성을 갖는 경우가 많다고 이론가들은 지적한다. 연구자들은 이 두 관찰 사이의 차이를 설명하기 위해 '초기 저엔트로피 문제'를 제기한다.
엔트로피가 거꾸로 흐르는 우주상상
물리학자들은 이제 엔트로피 감소가 지역적으로나 전역적으로 발생하는 가상의 우주를 상상한다. 나는 이 가상의 우주에서 일어나는 현상을 세 부분으로 나누어 서술하려고 한다. 나는 아래 소제목들에서 시간 역전의 물리적 메커니즘과 정보 흐름, 그리고 생명과 인식의 가능성을 자세히 다루려고 한다.
시간 역전 지역의 물리
연구자들은 특정 조건에서 계의 미시상태들이 통계적으로 다시 정렬될 가능성을 수학적으로 계산한다. 우주 자체는 극히 드문 확률적 편차에 의해 국소적으로 엔트로피를 낮추는 구간을 가질 수 있다고 일부 이론가들은 제안한다. 입자들은 그 구간에서 무작위한 움직임 대신 규칙적이고 되돌아가는 궤적을 보인다고 나는 상상한다. 장기적으로 보면 전역적인 엔트로피 감소는 매우 비정상적이라고 통계역학자들은 말한다. 계의 미시상태 전개는 시간역전된 거울상으로 해석될 수 있다고 나는 서술한다. 실험자는 그러한 지역을 관찰하려면 극도로 미세한 초기조건을 재현해야 한다고 물리학자들은 경고한다.
정보와 인과의 재구성
연구자들은 정보의 흐름이 엔트로피 변화와 밀접하게 연결되어 있다고 주장한다. 관찰자는 엔트로피가 감소하는 구간에서 정보의 재생성 혹은 과거의 재구성을 경험할 수 있다고 철학자들은 상상한다. 통계적 관점에서 정보의 증가와 감소는 상호 전환 가능한 현상이라고 나는 설명한다. 시스템은 엔트로피가 감소할 때 미시상태에 대한 더 강한 상관관계를 형성한다고 이론가들은 말한다. 인과 관계는 관찰자와 그 관찰대상이 공유하는 시간 화살표에 의해 규정된다고 물리학자들은 주장한다. 실질적으로 관찰자는 엔트로피 감소 구간에서 원인과 결과의 전형적 서열이 뒤바뀌는 듯한 감각을 가질 수 있다고 나는 묘사한다.
생명과 의식의 거꾸로 흐름
생물학자들은 생명 현상이 에너지 흐름과 엔트로피 생산에 의존한다고 본다. 나는 엔트로피가 감소하는 환경에서 생명체의 대사와 정보처리가 어떻게 변할지 상상한다. 개체는 그 환경에서 노화의 방향이 역전되는 듯한 현상을 경험할 수 있다고 일부 시나리오들은 제안한다. 신경계는 기억을 저장하는 과정에서 엔트로피 증가를 수반한다고 신경과학자들은 설명한다. 나는 그 때문에 기억과 의식이 엔트로피 감소 구간에서 비선형적으로 재구성될 가능성이 있다고 본다. 사회적 존재들은 시간이 역전되는 지역에서 행동 규범과 책임 개념을 새롭게 정의해야 한다고 철학자들은 지적한다.
관측과 역설, 현실성 평가
물리학자들은 시간 역전 우주를 논할 때 여러 고전적 역설을 마주한다. 나는 이 장에서 로슈미트 역설, 볼츠만 두뇌 문제, 그리고 인과성의 문제를 순차적으로 검토하려고 한다. 연구자들은 로슈미트 역설이 미시역학의 시간대칭성과 열역학적 시간비대칭 사이의 간극을 설명하는 핵심이라고 본다. 우주론자들은 볼츠만 두뇌 가설이 엔트로피 감소를 갖는 작은 확률적 사건을 통해 인지체가 순간적으로 발생할 수 있다는 극단적 결과를 낳는다고 경고한다. 나는 이러한 사고실험들이 엔트로피 역전 시나리오의 현실 가능성을 평가하는 데 도움이 된다고 생각한다. 관찰자는 인과 역전이 현실적으로 관찰될 수 있으려면 계의 경계조건이 극도로 특수해야 한다고 과학자들은 결론을 내린다. 실험자는 현재 기술로 그러한 특수한 경계조건을 재현할 수 없다고 나는 솔직하게 말한다.
우주론적 함의와 철학적 질문
철학자들은 시간이 흐르는 방향이 기본적 실재인지 아니면 통계적 산물인지에 대해 오랜 논의를 이어왔다. 나는 엔트로피 반전 우주가 존재할지 여부가 존재론과 인식론 양쪽에 깊은 함의를 던진다고 주장한다. 우주론자들은 전체 우주의 초기조건이 어떻게 설정되었는지에 대한 질문을 재검토해야 한다고 제안한다. 나는 만약 양쪽 방향으로 엔트로피가 증가하는 두 개의 시간영역이 우주에 공존한다면 관찰자들은 각 영역에서 서로를 "과거"로 인식할 수 있다고 상상한다. 윤리학자들은 시간이 역전되는 문맥에서 책임과 의무의 개념을 재정의해야 한다고 토론한다. 나는 이러한 질문들이 단순한 물리적 호기심을 넘어 인간 존재의 의미를 재성찰하게 만든다고 결론지으려 한다.
정리
나는 시간의 방향이 바뀌는 우주를 상상하면서 엔트로피가 거꾸로 흐를 때의 물리적 현상과 정보적 재구성, 그리고 철학적 함의를 검토했다. 과학자들은 현실 세계에서 전역적 엔트로피 감소가 발생할 확률이 극히 낮다고 판단한다. 나는 그럼에도 불구하고 이러한 사유 실험이 시간, 인과성, 정보, 그리고 존재에 대한 우리의 이해를 넓히는 데 유용하다고 믿는다. 독자는 이 글을 통해 시간의 화살표가 갖는 통념을 의심하고 새로운 관점을 모색하기를 나는 바란다.