아인슈타인의 시계, 푸앵카레의 지도

시간, 전선과 철도, 지도, 제국의 야망 그리고 물리학과 철학의 이야기 19세기 말 철도와 전신의 팽창, 무선 통신의 확산, 제국의 야망에서부터 20세기 초 물리학의 혁신을 가져온 상대성이론까지 시계와 지도의 통일 과정을 한 권으로 집약하다! 《뉴욕타임스》 올해의 주목도서, 《이코노미스트》 올해의 책 “과학의 역사를 넘어 새로운 지평으로 안내하다!” _《뉴욕타임스》 19세기 말 철도와 전신의 팽창, 무선 통신의 확산, 제국의 야망에서부터 20세기 초 물리학의 혁신을 가져온 상대성이론까지 시계와 지도의 통일 과정을 한 권으로 집약하다 오늘날 우리는 스마트폰만 있으면 다른 나라의 시간이 언제인지 알 수 있고, 지도를 통해 세계 여러 나라의 모습을 살펴볼 수 있다. 그런데 시간은 어떻게 전 세계적으로 통일된 것일까? 그 어디에도 기준점이 없는 지구는 어떻게 현재의 경도와 위도 좌표를 갖게 된 것일까? 『아인슈타인의 시계, 푸앵카레의 지도: 시간의 제국들』(원제: Einstein’s Clocks, Poincare’s Maps: Empires of Time)은 19세기 말에서 20세기 초 푸앵카레와 아인슈타인이 시간 동기화와 상대성이론을 밝히면서 전 세계적으로 본초자오선과 경도를 정하고 시간과 지도가 통일되어가는 과정을 소개한다. 시계와 지도는 세계 각지에서 각각 발달해왔기 때문에 지역별로 각기 다른 시간과 지도를 사용하고 있었다. 하지만 19세기 말에는 철도, 전신 기술의 도입과 발달, 무선 통신의 확산, 식민지 제국의 확장 등으로 시간과 지도 통합의 필요성이 커지고 있었다. 가령, 본초자오선을 정하는 국제회의에서 영국과 프랑스는 자국에 본초자오선을 위치시키려고 설전을 벌였다. 본초자오선의 위치가 당시 전 세계에 식민지를 확장해가던 제국들 간의 자존심 싸움이 되었던 것이다. 이와 같은 19세기 말의 상황에서 물리학자이자 수학자이자 철학자이며, 프랑스 경도국의 핵심 인물인 앙리 푸앵카레는 전자기 신호를 이용한 규약화된 시간의 동기화 개념을 주장한다. 인류는 오랫동안 시간이 과거에서 현재를 거쳐 미래를 향해 똑같은 빠르기로 흘러간다고 믿어왔다. 온 우주에서 시간이 똑같이 흘러간다는 관념은 동서양을 막론하고 거의 보편적으로 퍼져 있었다. 그런데 1905년 아인슈타인은 상대성이론을 통해 이 보편적인 믿음이 옳지 않음을 주장한다. 시간의 동기화 과정은 관측자에 따라 상대적일 수 있다는 것이다. 이러한 동시성에 대한 아인슈타인의 재해석은 시간과 공간에 관한 그 이전의 모든 생각들을 근대물리학이라는 전혀 다른 세계로 전환시켰다. 추천사에서 홍성욱 교수는 “더없이 추상적인 시간이라는 개념이 19세기 후반 이후의 철도와 전신의 팽창, 무선 통신의 확산, 제국주의의 관료제라는 물질문명의 요소들과 촘촘히 얽혀 있으며, 이 그물망 속에서 아인슈타인의 상대성이론과 푸앵카레의 시간의 동기화 개념이 등장했음을 흥미롭고 설득력 있게 보여준다”라고 설명한다. 시계의 동기화는 사람들 사이의 편의를 위한 규약에 불과하다고 주장한 푸앵카레와 뉴턴의 절대시간을 거부하고 상대시간을 주장한 아인슈타인이, 20세기 초 전 세계적으로 대두되었던 시간 동기화와 경도 결정의 문제에서 만난 것이다. 물리학-철학-기술의 교류지역에 있던 상대성이론은 근대 지식의 상징으로서 각 분야에서 발전해간다. 전자의 진행 경로가 휘어지는 실험, 아서 에딩턴의 일식 관측 실험 등으로 아인슈타인의 이론이 입증된 후, 상대성이론은 물리학 지식의 커다란 전환점이 된다. 또한 상대성이론의 시간 좌표화는 시간과 지도의 통일 이외에도 새로운 과학철학의 시대의 하나의 모델이 된다. 빈 학파는 동기화된 시계의 동시성을 논증 가능한 과학적 개념으로 받아들였고, 유럽과 미국의 물리학자와 근대 철학자들은 신호 교환의 동시성을 적절한 근거가 있는 지식의 사례로 적극적으로 받아들였다. 20세기 가장 영향력 있는 미국의 철학자 콰인은 “훗날 과학을 수정해야만 할 때가 오더라도 끝까지 보존하기 위해 노력해야 할 개념”으로 아인슈타인의 시간 개념을 꼽았다. 또한 상대성이론은 일종의 기술로서 전통적인 측량 도구를 대체하며 GPS나 인공위성과 같은 최첨단 기술로 발달한다. 그 밖에도 19세기 후반 대부분의 물리학자들이 믿어왔던 에테르가 상대성이론의 발견으로 폐기되는 과정, 육상과 해저에 전 세계적으로 전신케이블을 설치하는 과학자들의 노력, 경도를 탐색하는 과정에서의 지도제작자들의 어려움, 전신 신호를 이용한 시계 동기화와 세계지도 제작 과정, 미터법 규약이 국제화되는 과정, 천문대 시간과 철도 시간 사이의 반발, 시간의 규제로 프랑스가 제3공화국의 혁명을 제도화하는 과정 등 19세기 말에서 20세기 초 제국주의 시대의 풍경을 다채롭게 소개한다. 또한 독자들에게 당시의 모습을 보여주기 위해 십진법을 이용한 프랑스혁명 시계, 간섭계, 이동식 천문대, 공기압시계 제어실, 아인슈타인이 보았을 스위스 무리의 시계탑, 시간의 전자기 좌표화에 관한 특허 등 다양한 삽화를 실었다. 저자 피터 갤리슨은 그가 과학사학자인 만큼 상대성이론을 사회적, 역사적 관점에서 접근했기 때문에, 독자들에게 어려운 수학과 물리학 지식을 요구하지 않는다. 또한 20세기 초 천재 과학자였던 아인슈타인과 푸앵카레와 관련된 재미있는 일화들을 흥미롭게 들려준다. 아인슈타인의 스위스 특허국, 푸앵카레의 프랑스 경도국은 최적의 환경이었다! 아인슈타인과 푸앵카레가 상대성이론과 시간 동기화를 밝혀내기까지 이들을 둘러싼 삶을 세세하게 추적하다 《북리스트》에서 “아인슈타인과 푸앵카레의 업적을 이보다 더 쉽고 매혹적으로 설명해주는 책은 없다”라고 소개했듯, 저자 피터 갤리슨은 20세기 초 아인슈타인과 푸앵카레가 속했던 사회는 물론 이들의 세세한 일상생활까지 꼼꼼하게 살펴본다. 우연히 북유럽 기차역에 서서 승강장에 걸려 있던 시계들을 바라보던 피터 갤리슨은 시계들이 분 단위, 초 단위까지 일치하는 것을 목격한다. 이때 갤리슨은 원거리 동시성의 의미를 파악하기 위해 애썼을 1905년의 아인슈타인도 당시 기차역의 승강장에서 좌표화된 시계를 바라보았을 것이라는 생각을 하게 되고, 이를 계기로 이 책을 집필하게 되었다고 한다. 1800년대 중반부터 유럽 국가들을 중심으로 시계 좌표화가 퍼져나가기 시작했다. 스위스에서의 기술 하부구조 발달은 꽤 늦은 1890년에 시작되었는데, 스위스의 철도, 전신, 시계 네트워크, 시간 동기화의 중심에는 베른이 있었고 이후 철도가 놓인 지역을 따라 제네바, 바젤, 뇌샤텔, 취리히로 빠르게 퍼져나갔다. 아인슈타인은 이처럼 시계 좌표화 기술에 둘러싸여 있었을 뿐 아니라 그 기술의 발명, 생산, 특허의 중심인 베른 특허국에서 일하고 있었다. 시계 동기화의 한복판에 있었던 또 다른 과학자로 프랑스의 푸앵카레가 있었다. 1893년부터 푸앵카레가 주요 일원으로 활동했던 프랑스 경도국은 경도의 결정과 시간 좌표화에 앞장서고 있었다. 경도국을 책임지고 있던 푸앵카레는 수천 킬로미터의 해저케이블을 통해 시간 신호를 보내어 정교한 세계지도를 창조하는 전 세계적인 프로젝트의 중심에서 세계를 바라보았다. 아인슈타인에 대한 대중의 이미지는 철학자-과학자이지만, 사실 아인슈타인은 현실적 문제 해결력을 가진 특허심사관-과학자였다. 푸앵카레 또한 상아탑에 갇힌 사색가라기보다는 유명한 드레퓌스 편지 사건의 수학적 해결에 참여하고 당시 항해와 국제관계의 뜨거운 쟁점이었던 경도 결정 문제를 주도적으로 해결하려 한 인물이었다. 이들이 빛을 이용한 시간 동기화와 상대성이론을 밝혀낼 때, 푸앵카레가 속해 있던 프랑스 경도국이나 아인슈타인이 일했던 스위스 특허국은 이를 밝혀내기 위한 최적의 환경이었던 것이다. 또한 저자는 아인슈타인과 푸앵카레가 각자 상대성이론의 개념을 밝혀내기까지 이들이 속했던 학교나 직장이 어떠했고, 누구와 교류했고, 또 어떠한 생각