나는 누구인가 9. 아인슈타인은 시간의 문제에서 '이것'을 놓쳤다!

 

 

 

시간이란 무엇인가?

 

말이 나온 김에 아인슈타인이 1905년에 발표한 특수상대성이론도 따져보자.

여기서 가장 중요한 명제

[빛은 등속으로 움직이는 모든 관측자에 대해 같은 속도로 움직인다]이다.

 

가령 초속 10만 킬로미터와 20만 킬로미터로 달리는 AB 두 대의 로켓 사이로

초속 30만 킬로미터의 빛이 지나가고 있다.

초속 10만 킬로미터의 A로켓에서

옆을 지나는 B로켓과 빛의 속도를 재면 어떻게 나올까?

초등학교 1학년 수준이면 풀만한 뺄셈 문제이다.

 

B로켓은 20만 킬로미터에서 10만 킬로미터를 빼니

10만 킬로미터의 속도가 나올 것이다.

그리고 빛은 30만 킬로미터에서 10만 킬로미터를 빼니

20만 킬로미터가 나올 것이다.

만일 답이 이와 같이 나왔다면

특수상대성 이론은 세상에 나오지 않았을 것이다.

 

놀랍게도 빛은 초속 30만 킬로미터에서 조금도 줄지 않는다.

정지해서 관찰하든, 뛰면서 관찰하든, 비행기를 타고 관찰하든,

등속 운동하는 빛의 속도는 항상 같은 값으로 나온다.

아마 인류 역사상 뺄셈을 적용할 수 없게 된 최초의 사례가 아닌가 싶다.

그러니 당시 세상 사람들이 받았을 충격은 어마어마한 것이었을 것이다.

 

 

어떻게 해서 빛의 속도가 항상 일정하게 나오는 것일까?

빛이 관측자의 속도를 일일이 계산해서 자신의 속도를 조절하는 것일까?

 

 

아인슈타인은 광속 불변의 원칙을 세웠고

그럼으로써 일그러진 뺄셈 결과를 관찰자 탓으로 돌렸다.

광속을 일정하게 맞추기 위해 관찰자의 시간을 느리게 돌린 것이다.

이렇게 되면 등속 운동에 있어서는 관찰자의 속도에 관계 없이

광속을 일정하게 유지할 수 있게 된다.

절대적이라고 여겨지던 시간의 개념이 산산이 부서지는 대목이다.

 

특수상대성이론은 일반상대성이론과 더불어

내비게이션을 비롯한 여러 항법 장치에 적용돼 유용하게 사용되고 있다.

하지만 이 이론에는 여전히 어설픈 구석이 남아 있다.

완벽한 이론이란 군더더기가 없이 깔끔한 명제로 이루어진다.

그래서 어떤 가설에도 간단명료하게 해답을 내려준다.

 

하지만 특수상대성이론은 조건이 한정되어 있다.

빛이 등속으로 운동할 때만 적용되니 말이다.

로켓 옆을 빛이 이리저리 비딱하게 지나는 경우는 해당되지 않는다.

 

이뿐만 아니라 중력의 크기에 따라 변하는 시간에 대한 부분도

명쾌하게 해결해 주지 못한다.

또한 쌍둥이 패러독스에서 보듯

로켓을 탄 쌍둥이 형이 운동의 방향을 바꾸지 않아

지구로 돌아오지 않을 경우에 발생하는 모순도 남아 있다.

물론 로켓을 탄 쌍둥이가 지구로 귀환할 때는 과학적 설명이 쉽지만

그렇지 않고 영원히 직선으로 멀어진다면

시간의 모순에 걸리게 된다.

 

 

왜 특수 상대성이론은

자신에게 붙여진 이름처럼

어떤 특별한 조건 내에서만 적용되는 것일까?

모든 자연 현상에 고로 적용할 수 있는 완벽한 이론이 되지 못한 이유는 무엇일까?

 

 

이것 역시 기계론적 사고관에 기인한다.

아인슈타인은 정작 자신으로 인해 양자역학이 시작됐지만

죽을 때까지 그곳에서 관측되는 사실을 부정했다.

 

그는 신은 주사위를 던지지 않는다는 말을 통해

우주는 충분한 자료만 모으면

미래의 변화를 정확히 예측할 수 있다고 믿었다.

 

이런 그의 신념은

물질을 실제 하는 것으로 봤기 때문에 생긴 것이다.

물질이 실제로 존재하는 것으로 보는 한, 기계론적 세계관에서 탈피할 수 없다.

그렇기에 아인슈타인의 이론은 철저히 3차원 물리 현상으로 국한되어 있다.

 

시간...?

이건 어떤 변화가 진행되는 속도를 말한다.

변화란 저항을 받아 응축하면 느려진다.

자연히 시간도 느려진다.

우리가 공기 중을 걷는 것보다 물속을 걷는 것이 힘든 것도 저항 때문이다.

 

저항값이 높으면 그 계 내에 있는 모든 것들이 느려진다.

이런 이유로 인해 아파트 1층에 사는 사람은

그 위층에 사는 사람보다 느린 시간 속에서 살아가게 된다.

또한 지구보다 저항값이 큰 로켓을 타고 있는 쌍둥이 형의 시간이 더 느리게 간다.

같은 속도로 멀어지더라도, 대체항수 제5법칙에 의해

지구에 남아 있는 쌍둥이 동생이

로켓의 탄 쌍둥이 형보다 저항값이 적게 되고

그만큼 시간이 빠르게 흐르게 된다.

 

또한 아직 실험으로 밝혀진 것은 아니지만

기온이 높은 곳이 낮은 곳에 비해 생체 시간이 빠르게 흐르게 된다.

생체를 구성하는 분자들이 활발하게 운동하면 할수록 저항값이 작아지기 때문이다.

필자가 수학에 문외한이라 정확히 예측할 수는 없지만

대략 아래 정도의 시간 차이를 보이지 않을까 싶다.

 

가령, A지역과 B지역의 온도 차가 20도가 나면

기온이 높은 지역의 시간이 낮은 지역에 비해 0.001333초 빠르게 간다.

하루에 2분 정도 단축된 삶을 살게 되는데,

80평생으로 치면 대략 한 달 정도의 차이가 난다.

 

아무튼 저항값에 따라

모든 것이 존재하고 변한다는 사실을 이해한다면

상대적 시간이 오히려 절대적 시간보다 자연스럽게 다가올 것이다.

 

E=MC2에 의하면, 로켓이 기체 속도에 근접하게 날아가면

질량이 어마어마하게 커진다.

그러다가 빛의 속도와 같게 되는 순간, 거의 무한대의 질량이 생겨나게 된다.

어디서 그런 어마어마한 질량이 생기는 것일까?

 

달리기 좀 했다고 살이 수천억 배로 불어났다는 얘기인데

이것 역시 질량을 자꾸만 어떤 실체가 있는 유로 생각해서 빚어진 오해이다.

 

[질량은 저항값이다]

속도를 높이니, 당연히 그 값이 커지는 것뿐이다.

질량이 클수록 그 계 내의 원자들의 움직임은 느려지고

이 때문에 시간이 천천히 간다.

속도도 마찬가지이다.

속도를 높이면 저항값이 커지고, 그만큼 시간은 느리게 간다.

 

시간은 광속 불변을 맞추기 위한 관찰자의 굴욕이 아니다.

시간은 4차원에 대한 저항값을 지닌 3차원 모두가 지닌 공통의 문제이다.