뉴턴역학과 해석역학을 포함한 고전역학에서 시간은 운동과 무관하게 동작하는 하나의 절대적인 변수로 등장한다. 물체는 어떤 움직임을 하든, 어떠한 힘을 받든지 간에 라는 절대변수로 기술되는 것이다. 이렇게 뉴턴 역학은 우주에 보편적인 절대시간을 가정하고 있다. 여기서 시간은 어느 한 시각을 이야기하는 것이 아니라, 두 시각 사이의 간격을 뜻한다. 우리가 어느 시각을 본다는 것은 이미 어느 기준적인 시각에서 얼마나 흘렀는지를 보는 것일 뿐이다. 고전역학은 시간의 흐름에 대해 대칭적인 것을 이야기할 뿐만 아니라, 시간의 간격도 등속도 운동을 하든, 가속 운동을 하든 어떠한 운동을 하든지, 어느 좌표계에서도 동일하게 흐른다는 것을 가정하고 있다.
또한 고전역학에서는 공간의 두 점 사이의 거리에 대해서도, 어떠한 운동을 하더라도 변하지 않는다는 운동에 대한 길이의 불변성도 이야기하고 있다. 어떤 작용에 대하여 변하지 않는 불변은 그 계가 그 작용에 대하여 대칭이라는 것을 뜻한다. 여기서 시간(두 시각 사이의 거리)과 길이(공간의 두 점 사이의 거리)가 운동에 대해서 불변이라는 것은, 운동이라는 변환을 생각하게 된다. 뉴턴의 운동방정식은 갈릴레이 변환(등속도 운동, 회전, 평행이동)이라는 두 좌표계 사이의 운동에 대해서 불변이라는 것을 수학적으로 보일 수 있다. 갈릴레이 변환을 할 경우에, 시간의 길이와 공간의 길이는 변하지 않는다. 그러나, 이것은 18세기부터 수식화되어 19세기 중반에 로렌츠에 의하여 수학적으로 잘 정리된 전자기력을 표현하는 맥스웰 방정식과 맞지 않는다. 맥스웰 방정식은 뉴턴의 운동방정식과 달리, 갈릴레이 변환에 대해 대칭적이지 않고, 시간과 공간을 섞어서 같이 변환하는 로렌츠 변환에 대해 불변이다. 로렌츠 변환[1]은 아인쉬타인이 특수 상대성이론을 정립하면서 내세운 두 가지 자연 원리를 하나로 표현한 것이라고 할 수 있다. 실제 실험과 관측을 통하여 시간과 길이가 운동에 따라 달라진다는, 그러니까 관측자의 운동상태에 따라서 시간과 길이가 달라지며, 우리는 제각기 자신만의 시계와 자를 갖고 있는 것이다.
시간과 공간은 함께 변환되며 독립적이지 않다는 다소 비상식적인 생각은, 우리가 빛 속도에 비하여 아주 느린 세상에서 살아가기 때문이다. 시간과 공간은 서로 분리하여 생각할 수 없기 때문에, 시간-공간이 아니라 시공간(spacetime)[2]으로 역학을 표현해야 한다. 뉴턴 역학은 우주 만물의 변화는 하나의 절대시간으로 표현할 수 있다고 생각했다. 우주 표준시계를 가질 수 있다는 것이다. 그러나, 시간과 거리는 그렇게 절대적인 것이 아니다. 독립적으로 존재할 수도 없고, 상황에 따라 변한다. 시간과 공간에 대한 철학적 성찰, 인문학적 관념, 과학적 견해들은 서로 영향을 받으며 변해왔고, 시간과 공간은 인간의 삶과 인식에 중요한 주제이다. 우리는 자연의 원리를 더 깊이 만나고 이해하면서, 시간과 공간, 빛, 물질과 현상에 대해서도 보다 객관적인 안목을 가질 수 있을 것이다.
[1] 로렌츠 변환은 http://bitly.kr/9XhX 참고
[2] 시공간 및 특수 상대성이론 http://bitly.kr/wDza 참고