[이과형] 애니로 배우는 상대성 이론 '시간 팽창은 무엇인가요?' ep.3

 

 

우리는 지금까지의 여정에서

빛의 속도가 일정하다는 사실이 일으키는 물리 규칙의 균열과

이 균열을 막기 위해 아인슈타인이

서로의 시간과 공간이 다르다고 주장한 것을 알았습니다.

 

그럼 시간과 공간은 서로 어떻게 다른 걸까요?

오늘은 이 중 아인슈타인 특수상대성 이론 시간팽창이라 불리는

시간의 상대성에 대해 알아보도록 할까요?

 

기차를 하나 상상해 볼까요?

기차의 바닥엔 빛을 발생시키는 장치가

천장엔 빛을 감지하는 센서가 달려있어요.

기차는 매우 커서 천장이 지구 일곱바퀴 반 정도의 높이라고 합니다.

정확히는 299,792,458m라고 하네요.

기차는 스타워즈 우주선 급의 엔진을 가지고 있어

매우 빠르지만 일정한 속도로 움직이고 있어요.

기차 안엔 물론 영석이가 타고 있고요.

사실 비밀이 하나 있는데 영석이는 기차 안에서 태어나고 기차안에서만 자랐다고 하네요.

설국열차처럼요.

영석이는 기차가 움직이고 있다고 생각하지 않습니다.

영석이의 공간에선 분명히 정지해 있는 것이죠.

이것이 잘 이해되지 않는다면 2부를 한 번 더 봐주세요.

 

빛이 바닥에서 천장까지 이동하면 영석이에겐 1초가 흐릅니다.

빛은 1초에 299,792,458m 이동하니까요. 당연하죠?

 

바깥에 또 정한이가 있어요..

정한이에게 빛이 이동한 거리는 영석이가 생각하는 것과는 다릅니다.

기차가 움직이고 있기 때문에 이렇게 이동을 했을 것에요.

우리에겐 빛의 속도가 항상 일정해야 한다는 사실이 있죠.

정한이에게도 빛은 1초에 299,792,458m 이동할 거에요.

 

그런데 저런

정한이 공간의 빛은 1초가 지나도 천장의 센서에 도달하지 못합니다.

이동해야 하는 거리가 299,792,458m보다 길어졌기 때문이죠.

시간이 조금 더 걸려야 하니까 한번 2초가 걸렸다고 해볼까요?

 

영석이의 공간에서 빛이 바닥에서 출발해 천장의 센서로 도착했습니다.

이 사건은 영석이에게나 정한이에게나 똑같은 사건이죠.

그런데 영석이는 분명 1초가 지났다고 합니다.

하지만 정한이는 2초가 지났다고 하네요.

누가 맞는 거죠?

 

둘 다 맞습니다.

아인슈타인은 그저 두사람의 시간이 다르다는 것을 받아들이면 된다고 합니다.

움직이는 사람의 시간이 나의 시간보다 느리게 간다는 것을요.

 

정한이가 보았을 때 기차 안 영석이의 세상은 조금 이상합니다.

동전은 아직도 땅에 떨어지고 있고 시계는 왜 이렇게 천천히 가는 거죠?

영석이는 왠지 나무늘보처럼 움직이네요.

모든 것이 느려요

정한이는 동영상을 0.5배속으로 보는 기분일 거예요. 매우 답답하겠죠?

 

그럼 영석이가 느끼는 자기 공간은 어떨까요?

그냥 우리가 느끼는 그대로입니다.

물건은 빠르게 떨어지고 시계는 째깍째깍 잘 갑니다. 영석이는 사실 매우 빨라요

 

영석이가 보는 정한이의 세상은 어떨까요?

영석이에겐 자신이 멈추어 있고 정한이가 움직이는 거겠죠?

그래서 정한이의 시간이 느리게 갈꺼에요.

영석이는 정한이가 느리다고 할거에요.

 

하지만 정한이는 소리칠 거예요. 아니야 너가 느리다고!!!

누가 맞는거죠? 둘다 맞습니다.

서로의 시간이 다른 거니까요

하지만 이 싸움은 단순히 다르다고 하고 끝내기가 어렵습니다.

조금 심각한 문제를 가져오기 때문이죠.

 

지구에 사는 쌍둥이가 있었습니다.

동생은 지구에 있고 형은 우주선을 타고 우주여행을 갔네요.

형은 10년 동안 우주여행을 마치고 돌아왔습니다.

하지만 동생이 봤을 때 형은 움직였기 때문에 시간이 천천히 흐릅니다.

형의 시간은 10년보다 더 적게 간 것이죠.

 

이것을 5년이라고 해볼까요?

그럼 동생의 입장엔

자신은 세월이 10년이 지났지만 형은 5년밖에 지나지 않았어요.

그래서 동생은

“이제부터 나에게 형이라고 불러” 그럴 테죠?

 

하지만 형은 조금 억울합니다.

형에 입장에서 움직인 것은 자신이 아니라 지구입니다.

그래서 동생이 멀어졌다가 다시 돌아온 것이 때문에

형에겐 동생의 시간이 천천히 갔을 거예요,

 

누가 맞는 걸까요? 둘이 정말 만나면 어떻게 되는 걸까요?

앞으로 저와 함께 상대성 이론을 완벽히 이해한다면

쌍둥이 역설이라 불리는 이 유명한 문제를 해결할 수 있을 거예요,

그때까지 열심히 할까요?