길이, 거리 그리고 왜 물리학인가

단어와 그 의미에 대하여

서문에서 이미 ‘바리온(barionic)’이라는 단어를 언급했으니, 이제 그것이 무엇을 의미하는지 — 그리고 농담조로 말하자면 ‘어떻게 먹는 것인지’ — 설명할 때가 된 것 같다.

간단히 말해, 여러분이 과학 대중 강연 등에서 들어봤을 수도 있듯이, 우리가 관찰할 수 있는 우주는 여러 형태의 물질로 구성되어 있다. 우주론과 입자물리학은 기본 입자를 파동–입자 이중성(dual nature of wave and particle)으로 설명하며, 이는 그 구조가 본질적으로 파동적이라는 뜻이다. 이러한 파동 구조가 서로 호환되는 물질만이 상호작용하거나 해당 요소를 감지할 수 있으며, 우리가 관찰하려는 대상의 존재에 대한 정보를 제공한다. 이와 같은 ‘감지 가능한 물질’이 바로 바리온 물질로, 별, 행성, 생명체를 구성하는 일반적인 물질이다.

여기서는 여전히 과학계의 논쟁거리로 남아 있는 이른바 암흑 물질과 암흑 에너지는 의도적으로 생략하겠다. 하지만 ‘공간’은 어떠한 존재일까? 우리는 그것을 어떤 ‘존재의 형태’로 분류할 수 있을까?

상대적으로 높은 이동 능력을 가진 모든 생명체와 마찬가지로, 우리는 생존을 위해 주변 환경의 인식에 의존한다 — 우리가 점유한 영역을 식별하고, 접근 가능한 목표를 구분하며, 생존에 필요한 활동을 위해 극복해야 할 거리를 가늠하는 것이다. 이러한 모든 것이 ‘공간’이라는 배경 속에서 이루어진다. 공간은 우리에게 너무나 익숙하기 때문에, 우리는 그것의 물리적 성질에 대해 거의 생각하지 않는다. 대신 공기, 흙, 돌 등 우리가 다룰 수 있거나 상호작용할 수 있는 모든 것은 ‘물질’로 인식된다.

이제 우리는 ‘거리’의 정의에 매우 가까워졌다. 앞서 언급했듯이, 우리가 환경과 관계를 맺는 주요한 작동 요소는 거리이다. 그러나 거리는 공간의 한 부분을 단순화하여 표현한 개념일 뿐이다. 그리고 만약 공간 자체가 일정하지 않더라도, 우리의 인식 속에서 거리는 여전히 일정하게 유지된다. 그렇지 않다면 모든 좌표계와 기준점이 붕괴되어, 생명체의 적응 능력이 완전히 무너질 것이다. 이 적응 능력은 생명체의 생애 동안 형성된 인지 패턴에 엄격히 의존한다.

최근의 천체물리학적 관측에 따르면, 우리가 관측 가능한 경계 내의 공간은 일정하지 않다. 직관적으로 생각하면, 거리는 ‘우주의 가시적 끝’이라 불리는 변동 경계와 밀접하게 연결되어 있을지도 모른다. 그러나 우리는 여전히 표준화된 측정 체계를 사용하고 있으며, 우리의 인식 속에서 모든 것은 정적이고 변하지 않는 것처럼 보인다. 그렇다면 근본적인 질문이 생긴다 — 거리는 정말로 일정한 것일까, 아니면 단지 우리의 측정과 인식의 틀 안에서만 일정한 것일까?

그럼에도 불구하고, 공간과 거리는 본질적으로 같은 성질을 지닌다. 둘의 차이는 주로 관점의 문제다. 거리는 인간이 만들어낸 인위적인 개념이며, 공간은 물리적 실체이다. 그리고 거리는 인류가 우주를 이해하기 위해 사용한 수많은 도구 중 하나일 뿐이다.

자명한 것, 혹은 일상에 대한 생각들

진짜 탐정처럼, 하루 동안의 평범한 사건들을 단순히 재구성해보자. 지금은 1972년 12월 1일 정오(혹은 3072년, 사실 인류가 생물학적 종으로 존재하는 한 그건 중요하지 않다). 푹 자고 기분 좋게 깨어났다. 침대에서 일어나자 오른발이 슬리퍼를 건드렸다 — 나는 항상 그것들을 침대의 중앙, 가장자리 아래에 둔다. 이 짧은 장면 안에서 우리는 평소에 거의 생각하지 않는 흥미로운 사실 몇 가지를 발견할 수 있다.

‘깨어남’은 의식의 다른 상태로부터 다시금 물리적 현실과 자신의 위치를 인식하는 과정이다. 이어서 우리의 기억 처리 메커니즘이 작동하여 ‘침대’, ‘슬리퍼’, ‘방의 위치’, ‘물건의 기능’과 같은 장기적인 연상 패턴을 복원한다. 그리고 세 번째 메커니즘은 외부 사물과의 물리적 상호작용과 몸의 움직임을 조절한다.

우리의 신체(시스템의 매우 중요한 요소)에 대해 말하자면, 우리는 무의식적으로 감각 수용기를 도구처럼 사용하여 우리가 하는 모든 행동을 탐색하고 반응한다. 이는 앞서 언급한 기억 패턴 시스템에 기반을 둔다. 오른발로 슬리퍼를 건드렸다는 것을 기억한다는 것은, 우리의 몸이 대략 어디에 있는지를 알고 있다는 뜻이다. 이러한 인식을 통해 우리는 몸을 회전시키거나 이동시켜 다리가 공간 안에서 작용하도록 한다. 우리는 다리(도구)를 어떻게 움직여야 하는지 알고 있다 — 왜냐하면 공간 속에서 다리의 작용 범위를 정확히 알고 있기 때문이다. 이 지점에서부터 이러한 인식이 ‘무의식적인 거리 측정’의 출발점이 된다.

그다음 나는 욕실로 걸어가 나의 오래된 친구, 야간용 변기를 찾아간다 — 속옷이 젖지 않게 하려면 서둘러야 한다. 시간... 나는 어떻게 욕실까지 가는 데 걸리는 시간, 문을 여는 동작, 그리고 필요한 모든 행동을 미리 계산할 수 있을까? 우리가 무의식적으로 원하는 결과를 얻기 위해 수행하는 사건의 연쇄를 재구성해보자.

우리가 일어나 슬리퍼를 신고 욕실 문으로 향할 때(몇 걸음이면 충분하다), 우리는 정확히 언제 멈추고, 어느 다리를 먼저 디뎌야 손을 뻗어 문 손잡이를 누르고 여는 것이 가장 편한지를 알고 있다. 이것이 바로 우리의 신체 매개변수에 대한 인식이다. 우리는 살아오면서 평균 걸음 길이를 알고 있으며, 필요한 행동에 따라 걸음의 길이를 조절한다. 즉, 우리의 내적 패턴 메커니즘이 다리의 길이를 다시 계산하여 필요한 걸음 길이를 미리 설정한다. 멈춰서 팔을 뻗을 때에도 같은 메커니즘이 작동하여 손의 위치를 미리 계산한다.

이러한 예시를 통해 우리는 진화 과정에서 형성된 알고리즘 덕분에 우리가 공간에서 방향을 인식하는 방식을 추론할 수 있다. 여기에서 우리는 특정 사물의 표준화와 그 표준이 환경적 현실에 적용되는 자연스러운 기원을 확인할 수 있다.

잘 알려져 있듯이, 사회적 생명체들 사이의 의사소통은 생존 전략에 있어 매우 중요합니다. 그 근본적인 목적은 개체의 생존입니다. 이것은 진화론적 공리로, 여기서는 더 깊이 논의하지 않겠습니다. 그러나 저자들은 서문에서 몇 가지 사실을 언급할 필요가 있다고 판단했습니다.

곤충학자들에 따르면, 꿀벌의 춤은 정보 교환의 한 형태로서 (혹은 중요한 데이터를 공유하는 수단으로서) 먹이가 풍부한 꽃의 위치를 다른 꿀벌들에게 전달하는 역할을 합니다. 이 춤의 의식은 좌우로 움직이는 동작과 멈춤의 리듬으로 구성되며, 각 움직임은 비행 방향, 비행 시간, 그리고 꿀벌이 찾는 자원의 유형에 대한 정보를 전달합니다.

제공된 예시에서 (출처 링크 — 아래 ‘꿀벌의 의사소통 더 보기’ 참조) 볼 수 있듯이, 춤 자체에는 표준화된 요소로 해석될 수 있는 부분들이 있습니다 — 멈춤의 길이, 방향성 있는 움직임 등입니다. 집단 전체가 이러한 신호를 이해한다는 사실은 이러한 행동이 사회적 생명체에게서 필연적인 것임을 시사합니다.

이와 마찬가지로, 인간 사회의 삶 속에서도 공동체가 형성되면 곧 거리, 방향, 그리고 기타 공간적 개념들이 등장합니다. 우리는 오직 인류만이 ‘언어’라는 독특한 의사소통 도구를 가지고 있다고 주장합니다. 이것이야말로 인간을 다른 모든 생물 종과 구별시키는 본질적인 우위입니다 (이 주제에서 발화 문제는 잠시 제외하겠습니다). 이러한 관찰은 우리가 언제나 사회적으로 중요한 모든 문제를 조직하고 조정할 수 있음을 논리적으로 보여줍니다.

따라서 위의 논의를 바탕으로, 이제 인류가 역사적 관점에서 문화 간에 거리와 그 측정을 어떻게 체계화해 왔는지 — 그 방법과 원리를 탐구하며 우리가 다루고자 하는 주제의 전체적 맥락을 이해해 봅시다...

이 글의 맥락에서 본 나브타 플라야 문화에 대한 고고학적 개요 (문화별 측정 단위 비교).

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위에서 소개한 인더스(하라파) 문명은 이 지역의 원시 문화에 기반하여 형성된 수많은 사회·문화적 현상 중 하나일 뿐입니다. 이 절에서는 그중 몇 가지를 함께 살펴보겠습니다.

이 절에서는 우리의 모든 지류를 하나의 결과의 강으로 합치려 합니다 — 선사 시대의 문화에서 조직된 왕국에 이르기까지 — 그리고 불완전하거나 다소 추측적인 분석 방법에 근거한 우리의 예측이 얼마나 정확했는지를 평가해 보겠습니다.

이 장은 오늘날 중국이라 불리는 지역으로 독자를 안내합니다. 물론 우리의 주된 관심은 이 문화의 측정 체계를 탐구하는 데 있지만, 조금 더 많은 것을 발견할 기회를 놓칠 이유는 없겠지요.

⛩️ 진(秦) 제국 (진 왕조, 기원전 221–206년)과 ⛩️ 한(漢) 제국 (서한, 기원전 206–기원후 9년; 동한, 기원후 25–220년): 간단한 개요.

이 절에서는 존경하는 독자에게 상 왕조의 배경 — 국가 조직, 그 시대의 측정 관행, 그리고 초기 중국 문명의 몇 가지 흥미로운 측면 — 을 소개합니다.