심리적 시간의 화살과 열역학적 시간의 화살은 같은 방향을 가리킨다.

안녕하세요. 

안녕하십니까. 스티븐 호킹 박사의 "그림으로 보는 시간의 역사"책을 읽으며 내용을 포스팅 하고 있습니다.  원제목은 "The illustrated a brief history of time" 입니다. 

오늘은 시간의 흐름에 대한 이야기를 계속해보로독 하겠습니다. 

1. 시간의 화살 3종류는 왜 모든 방향을 가리키는 것일까?

이전 시간에 우리는 시간의 흐름(arrow of time)의 3가지 종류에 대해서 알아 보았습니다. 

심리적시간, 열역학적 시간, 우주론적 시간 이었는데요. 스티븐호킹 박사는 왜 이러한 세가지 시간의 화살이 모두 같은 방향을 가르키는지 설명할 수 있다고 주장합니다. 

심리학적 시간의 화살이 열역학적 시간의 화살에 의해 결정되어져서 이 두 개의 화살은 반드시 항상 같은 방향을 가리킨다고 합니다. 

이런 상황에서 이 두 가시 시간의 흐름이 우주가 팽창과 같은 시간방향으로 증가하는지를 알아볼 필요가 있습니다. 

2. 우선 열역학적 시간의 화살에 대해서 살펴봅시다. 

열역학적2법칙은 무질서한 상태들이 항상 더 많이 존재한다는 사실에 근거합니다. 따라서 시간의 흐름에 따라 한 체계에서는 물질서도가 항상 증가하는 경향을 보이게 됩니다. 

그러나 만약에 신이 있고, 그 신이 우주가 높은 질서도의 상태에 도달하도록 선택하였지만 어떤 상태가 출발점인지는 전혀 고려하지 않았다고 생각해 봅시다. 

그러면 최초의 우주는 아마도 무질서한 상태였을 것이고 시간의 흐름에 따라 무질서도는 감소하게 될 것입니다. 이런 상황에서는 탁자에서 찻잔이 떨어져 깨지는 것이 아니라 깨어진 찻잔이 다시 합쳐지는 모습을 보게 될 것입니다. 

그리고 그 세상속에 사는 사람들은 우리가 사는 세상과는 다르게 무질서도가 감소하는 세상에 살게 될 것입니다. 이 사람들은 거꾸로된 시간의 화살을 가지게 되는 것이지요. 

시간이 거꾸로 흐르기 때문에 아마도 사람들은 과거의 기억들이 아니라 미래의 사건들을 기억하게 될 것입니다. 찻잔이 깨지기 전에 테이블에 있었다는 것을 기억하는 것이 아니라, 찻잔이 탁자위에 있을 때 그 바닥에 떨어져 깨졌다는 사실을 기억하지 못할 것입니다. 

3 인간의 뇌는 마치 컴퓨터의 메모리처럼 기억을 합니다.  

그렇기에 컴퓨터의 시간의 화살이 인간의 시간의 화살과 동일하다고 생각할 수 있습니다. 

컴퓨터와 비슷한 주판을 생각하면 쉽습니다. 

주판은 각각의 줄위에 2가지 위치중 하나를 선택할 수 있는 주판 알이 있습니다.  주판 알들은 주판 줄위에 임의적으로 흩어져 있습니다. 각가의 주판 알이 주판 줄에서 위나 아래 중 하나의 위치를 선택하게 될 때 무질서한 상태에서 질서 있는 상태로 이행하게 되는 것입니다. 

주판에서는 주판 알을 옮기는데는 에너지가 들어가고 이 에너지는 열의 형태로 발산되어 우주의 무질서의 총량을 증가시키게 됩니다. 우리는 이런 무질서도의 증가가 주판자체의 질서의 증가보다 항상 크다는 것을 알고 있습니다. 

따라서 우리가 과거를 기억하는 시간의 방향은 무질서도가 증가하는 방향과 동일합니다. 

시간의 방향 중 우리의 주관적으로 느끼는 시간은 심리적 시간의 화살입니다. 그리고 심리적 시간은 열역학적 시간의 화살에 의해 우리의 뇌 속에서 결정되는 것입니다. 

주판과 마찬가지로 우리는 엔트로피가 증가하는 순서대로 사물을 기억해야 합니다. 이런 이유로 열역학적2법칙이 당연하게 되는 것입니다.  

시간의 흐름에 따라서 무질서도가 증가하는 것은 우리가 무질서가 증가하는 방향으로 시간을 측정하기 때문이라고 할 수 있는 것입니다. 

그렇다면 열역학적 시간의 화살이 존재하는 이유는 도대체 왜일까요? 

다음시간에 알아보도록 하겠습니다. 

감사합니다.