인류는 어떻게 시간을 재게 되었나

시간을 잰다는 것은 생각보다 이상한 일이다. 길이는 자를 대면 되고 무게는 저울에 올리면 되지만, 시간은 손에 잡히지도 않고 눈에 보이지도 않는다. 그런데도 인류는 아주 오래전부터 시간을 재려고 애써 왔다. 무엇을 기준으로 삼을 것인가, 그리고 그 기준을 얼마나 잘게 쪼갤 것인가. 시계의 역사는 이 두 질문에 대한 답을 찾아온 과정이라고 할 수 있다.

가장 먼저 눈에 들어온 기준은 하늘이었다. 해가 뜨고 지는 일은 누구에게나 규칙적으로 보였고, 그림자의 방향과 길이가 하루 동안 일정한 패턴으로 변한다는 사실도 어렵지 않게 알아챌 수 있었다. 막대기 하나를 땅에 꽂아두면 그것만으로 시계가 되었다. 그림자가 가장 짧아지는 순간이 하루의 한가운데였고, 그 지점을 기준으로 앞뒤를 나누면 오전과 오후가 생겼다.

해시계는 단순하지만 결정적인 약점이 있었다. 밤에는 쓸 수 없고, 흐린 날에도 쓸 수 없었다. 그래서 사람들은 하늘에 의존하지 않는 방법을 찾기 시작했다. 물이 일정한 속도로 흘러내린다는 성질을 이용한 물시계가 그중 하나다. 그릇에 작은 구멍을 뚫고 물을 채워두면, 물이 줄어드는 높이로 시간의 흐름을 읽을 수 있었다.

물시계는 밤낮을 가리지 않는다는 점에서 큰 진전이었지만, 이것도 완전하지는 않았다. 물이 많이 담겨 있을 때는 수압 때문에 빨리 흐르고, 줄어들수록 느려졌다. 게다가 겨울에는 얼어붙었다. 이 문제를 줄이기 위해 그릇의 모양을 바꾸거나 물을 여러 단계로 나누어 흘려보내는 등 여러 궁리가 이어졌다. 시간을 재는 도구를 만드는 일은 곧 오차를 줄이는 싸움이었다.

모래시계는 물시계의 약점 일부를 해결했다. 얼지 않았고, 습도의 영향도 덜 받았다. 다만 모래시계는 흐르는 시간을 연속으로 보여주기보다 정해진 한 구간을 재는 데 적합했다. 뒤집을 때마다 같은 길이의 시간이 흘렀으므로, 일정한 간격을 반복해서 확인해야 하는 곳에서 특히 요긴했다.

진짜 도약은 규칙적으로 반복되는 운동을 찾아내면서 일어났다. 추가 좌우로 흔들릴 때, 그 왕복에 걸리는 시간이 추의 길이에 따라 정해지며 흔들리는 폭과는 큰 관계가 없다는 성질이 알려졌다. 같은 동작이 같은 시간마다 되풀이된다면, 그 횟수를 세는 것만으로 시간을 잴 수 있다. 이 원리를 기계 장치와 결합한 것이 진자시계였고, 시계의 정확도는 이 시점에서 비약적으로 좋아졌다.

기계식 시계가 퍼지면서 사회의 모습도 달라졌다. 그전까지 시간은 대체로 개인이나 마을 단위의 감각에 가까웠다. 해가 중천에 뜨면 점심때였고, 어스름해지면 일을 접었다. 그러나 종탑에 시계가 걸리고 도시 전체가 같은 종소리를 듣게 되면서, 시간은 공동의 약속이 되었다. 몇 시에 모이자는 말이 의미를 갖게 된 것이다.

배를 타는 사람들에게 시계는 생사가 걸린 문제였다. 바다 한가운데에서 자신의 위치를 알려면 위도와 경도를 알아야 하는데, 위도는 별의 높이로 비교적 쉽게 구할 수 있었지만 경도는 그렇지 않았다. 경도를 알아내려면 출발지의 시각과 현재 위치의 시각을 비교해야 했고, 그러려면 흔들리는 배 위에서 몇 달 동안 정확하게 가는 시계가 필요했다. 이 요구가 정밀 시계 기술을 크게 끌어올렸다. 온도가 변해도 부품의 길이가 달라지지 않게 하는 방법, 배가 흔들려도 동작이 흐트러지지 않게 하는 구조가 이 과정에서 개발되었다.

철도가 놓이면서 또 한 번 큰 변화가 왔다. 지역마다 조금씩 다른 시각을 쓰던 관행은 열차 시간표 앞에서 곧바로 문제가 되었다. 옆 도시와 시계가 몇 분씩 어긋나 있으면 출발과 도착을 맞출 수가 없었기 때문이다. 이 혼란을 정리하기 위해 넓은 지역이 같은 시각을 쓰는 표준시 개념이 도입되었다. 지금 우리가 쓰는 시간대 구분은 이런 실용적인 필요에서 나온 결과다.

이십 세기에 들어서면서 시계의 기준은 다시 한번 바뀌었다. 수정에 전기를 걸면 아주 일정한 진동이 발생한다는 성질이 발견되었고, 이 진동수를 세는 방식이 기계 부품의 움직임보다 훨씬 정확했다. 손목시계가 저렴해지면서도 정확해진 데에는 이 기술의 역할이 컸다.

그다음 단계는 원자였다. 특정 원자가 에너지 상태를 바꿀 때 내보내는 진동은 놀라울 만큼 일정해서, 이를 기준으로 삼으면 오차를 극단적으로 줄일 수 있었다. 오늘날 시간의 국제 표준은 이 원자의 진동을 세는 방식으로 정의된다. 흥미로운 점은, 그 결과 시간의 기준이 더 이상 하늘의 움직임이 아니게 되었다는 것이다. 하루의 길이도 아주 미세하게는 일정하지 않기 때문에, 필요할 때마다 표준시에 일 초를 더해 하늘과 맞춰주는 조정이 이루어진다. 기준이 뒤바뀐 셈이다.

정밀한 시계는 생활에서 잘 보이지 않는 곳에서 더 크게 쓰인다. 위성을 이용해 위치를 알아내는 장치가 대표적이다. 이 방식은 여러 위성에서 온 신호가 도착하기까지 걸린 시간의 아주 작은 차이를 비교해 위치를 계산한다. 신호는 빛의 속도로 오기 때문에, 시간을 백만분의 일 초 단위에서 틀리면 위치는 수백 미터씩 어긋난다. 우리가 지도를 켜고 길을 찾을 때마다 사실은 극도로 정밀한 시계 여러 개가 함께 일하고 있는 셈이다.

시계의 역사를 돌아보면 한 가지 흐름이 보인다. 처음에는 자연에서 규칙을 찾아 그것을 그대로 썼다. 그다음에는 사람이 규칙적인 운동을 직접 만들어 냈다. 마지막에는 물질의 가장 작은 단위에서 규칙을 찾아냈다. 기준이 점점 더 작고 안정적인 쪽으로 옮겨간 것이다. 흔들리는 것에서 흔들리지 않는 것으로.

그런데 시계가 아무리 정확해져도 사람이 느끼는 시간은 여전히 제멋대로다. 재미있는 일을 할 때는 순식간에 지나가고, 기다릴 때는 좀처럼 흐르지 않는다. 같은 한 시간이 어떤 날은 짧고 어떤 날은 길다. 인류는 시간을 재는 데 수천 년을 들여 원자 단위까지 도달했지만, 시간을 느끼는 방식만큼은 처음과 크게 달라지지 않았다. 어쩌면 그 어긋남 자체가 시간이라는 것의 본래 모습인지도 모른다.