우리는 4차원을 볼 수 있을까?

 

 

 

여러분,

4차원 세계라는 말을 들으시면 어떤 생각이 드시나요?

뭔가 신비롭고 마법이라도 일어날 것 같지 않으신가요?

이렇듯 4차원 세계는 만화나 영화의 끊임없는 단골 소재입니다.

 

이상한 나라의 폴이라는 애니메이션을 아시나요?

공상을 좋아하는 소년이었던 주인공 폴이 10번째 생일을 맞는 날

마왕 베르트 사탄이 나나를 납치해가는데

나나를 구하기 위해 어른들이 모르는 4차원 세계로 달려가는 그런 내용입니다.

4차원 공간을 그리는 대표적인 만화이죠.

 

이뿐 아니라 여섯 명의 난쟁이들과 캐빈의 시간 여행을 그린 영화

<시간 도둑들>, <스타게이트>, <백투더퓨처>, <맨 인 블랙> 등

4차원 세계를 소재로 한 만화나 영화는 언제나 흥미롭고 신기하기 때문에

대중들의 관심을 끌어당깁니다.

 

그런데 이런 만화나 영화에서 나타난 4차원 세계를 보면

우리가 살고 있는 지금의 3차원 세계와 별로 다르지 않습니다.

굳이 다른 점이라고 하면

이상한 나라에서는 마법을 쓸 수 있다든지

조금 이상한 사람들이나 생물들이 살고 있다든지

시간여행을 할 뿐, 겉모습은 우리의 세계와 크게 다르지 않은 모습을 보입니다.

 

따라서 우리는 어릴 때부터 4차원 세계라는 것이

그저 지금과 크게 다른 것이 없다고 생각을 하거나

아니면 우리가 사는 세상과 아예 동떨어져 있다고 생각하였습니다.

 

그러면 실제 4차원 세계의 모습은 어떨까요?

정말 3차원 세계랑 큰 차이가 없을까요?

아니면 아예 3차원 세상과 다른 별개의 세계인 것일까요?

 

사실 우리가 4차원 세계를 상상하기는 쉽지 않습니다.

왜냐하면 우리가 사는 공간은 3차원으로 되어 있기 때문입니다.

하지만 우리가 사는 세계는 정확히 3차원이라고는 볼 수 없습니다.

 

그 이유는 우리가 사는 세계는 공간이라는 3차원에

시간이라는 1차원이 더 해졌기 때문입니다.

시간을 합치면 우리가 사는 세계 자체가 4차원 세계인 거 아니야?

라고 생각하실 수도 있습니다.

 

하지만 지금 말하는 4차원 세계는 4차원 공간을 가진 세계를 말합니다.

그러나 우리가 사는 세계는 3차원 공간이므로

4차원 공간과는 다른 축에 속합니다.

 

4차원 공간은 어떻게 생겼을까요?

먼저 4차원 공간을 이해하기 전에 3차원 공간에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

현재 우리가 사는 세계는 3차원 공간이라고 불리고 있습니다.

1차원엔 선이 있고, 2차원엔 면이 있고, 3차원엔 우리가 사는 입체적인 공간이 있습니다.

따라서 이전엔 우리는 단지 공간이라는 개념에서 살고 있다고 생각했습니다.

하지만 이러한 개념을 뒤집은 것이 바로 아인슈타인입니다.

 

아인슈타인은 우리가 살고 있는 3차원 공간에

하나의 차원이 더 연결되어 있다는 것을 발견했는데

그것이 바로 과거, 현재, 미래를 구분하는 시간이었습니다.

 

간단한 예를 들어서 설명하면

우리는 친구들과 약속을 정할 때, 장소만을 이야기하지 않습니다.

만날 장소를 정하고 나면 꼭 언제 만날지 시간을 정합니다.

즉, 만약에 강남역에서 약속을 정한다고 하면

강남역이라는 공간 뒤에 오후 5시 6시같이 시간을 꼭 붙여야 합니다.

 

왜냐하면 장소만 정하고 시간을 정하지 않으면 사람들은 서로를 만나지 못합니다.

왜일까요?

바로 우리는 점, 면으로 된 1차 2차 공간이 아니기 때문입니다.

우리는 공간과 더불어 시간이 합쳐진 시공간에 살고 있기 때문에

같은 공간에 있어도 강남역에 5시에 있는 사람과 6시에 있는 사람은 만날 수 없는 겁니다.

 

여기서 잠깐,

그런데 왜 사람들은 시간이라는 4번째 차원을 떠올리지 못하고

3차원 공간에 살고 있다고 생각할까?

그 이유는 단순합니다.

바로 우리의 눈이 3차원까지밖에 보지 못하기 때문입니다.

 

만약 세상을 2차원으로 밖에 보지 못하는 2차원적인 생명체가 존재한다고 가정해봅시다.

네모, 세모, 동그라미 모두 2차원으로 세상을 보고

2차원의 집에 살고 있다.

여기에 어느 날 3차원에 살고 있는 사과가 이들 앞에 떡하니 나타났다고 가정해 보자.

이들에게 사과란, 그들이 사는 2차원 면에 맞닿는 사과의 맨 밑바닥

즉, 저 네 개의 빨간 점이 될 것입니다.

 

사과가 아무리 3차원에 존재하는 자신의 모습을 설명해 주어도

2차원만 보이는 이들은 사과의 3차원적 모습을 이해할 수 없을 것입니다.

 

우리 역시 시간이 존재하지만 3차원으로 세상을 봅니다.

만약에 4차원에 존재하는 어떤 신비한 존재가 3차원만 보는 우리에게

4차원 세계를 설명해 준다면 어떻게 설명해 줄 수 있을까 궁금증이 듭니다.

 

3차원 공간에 1차원 시간을 더한 4차원 세계를 마주하기에 앞서

먼저 1차원 선에 1차원 시간을 더한 2차원 시공간을 본다면

우리는 3차원 이하까지는 쉽게 이해할 수 있습니다.

 

1차원 공간에 사는 점1과 점2가 있습니다.

서로를 향해 다가가던 두 점이 만약에 한 점에서 충돌한다면

1차원 길에서 서로를 통과하지 못하고 부딪힌 후

다시 왔던 길을 돌아가게 됩니다.

 

이 1차원적인 공간을 x축에 두고, 시간을 y축에 두게 된다면

그러면 이 xy평면이 있는 2차원적 시공간으로 변하게 됩니다.

 

1차원 이상을 보지 못하는 두 개의 점은

시간이 흐르면서 서로를 향해 다가갔다가 멀어진다고 생각하지만

2차원을 볼 수 있는 우리들에게 그들이 사는 2차원의 시공간의 모습은

멈춰있는 한 그림 같은 모습으로 보입니다.

 

하지만 2차원에 사는 생물 역시 3차원적인 시공간을 보지 못하기 때문에

자기의 차원에서 3차원을 바라볼 수밖에 없습니다.

 

이렇듯 3차원에 사는 인간은

시간이 흘러 변화하는 4차원 공간의 한 부분 밖에 보지 못합니다.

2차원에 사는 생물이 사과를 본다면

사과라는 것은 동그라미라고 생각할지 모릅니다.

 

우리는 공간과 시간을 따로 분리하여 생각하지만

1차원 선이 또 다른 1차원 선을 만나 2차원 면을 만들고

2차원 면이 또 다른 2차원 면이 쌓여 3차원 공간을 만들게 됩니다.

 

다시 말해서 1차원 공간에서 시간이 흘러 2차원 공간이 되고

2차원 공간에서 시간이 흘러 3차원 공간이 됩니다.

 

그러면 4차원 공간 역시 다르지 않습니다.

3차원 공간이 시간이 흘러 공간이 계속해서 겹쳐진다면

4차원 시공간을 만들 수 있다는 얘기입니다.

 

따라서 우리가 흔히 생각하는 것처럼

시간이 흐르는 것이 아니라

3차원 공간이 다른 3차원 공간으로 계속해서 넘어가는 것입니다.

물리학에서는 어떠한 공식도 시간의 흐름을 나타내는 것이 없습니다.

 

그저 시공간이라는 거대한 덩어리에서 한 순간순간만 나타내는

공식만 존재하는 것도 이러한 이유 때문입니다.

 

비록 우리는 3차원 밖에 보지 못하고

시간이라는 4번째 차원을 보지 못하지만

모든 것은 이미 다 존재하고 있습니다.

 

과거, 현재, 미래 3차원 공간까지 인지할 수 있지만

시간이라는 것이 이미 다 펼쳐져 있다는 사실이 상상하기 힘드실 것입니다.

 

하지만 이러한 공식에 따르면

이미 과거 현재 미래 모두 다 존재한다고 합니다.

 

우리는 흘러간 시간을 과거라고 일컫고

다가올 시간을 미래라고 지칭하지만

이것은 3차원 이상을 보지 못하는 우리가

계속 변화하는 세상을 해석하기 위한 환상에 불과한 것입니다.