[지식보관소] 최첨단 물리학이 알아낸 시간의 놀라운 비밀

 

 

1915년 아인슈타인은

세상을 발칵 뒤집을 만한 충격적인 이론을 발표합니다.

바로 상대성이론이죠.

 

상대성이론에 따르면

우주의 절대적인 것은 빛의 속도뿐이며

이 빛의 속도의 절대성을 유지하기 위해서 변하는 값은

다름 아닌 시간과 공간이었습니다.

 

공간이 변하는 이유는

운동상태가 다른 두 관찰자 모두에게

빛의 속도가 동일하기 위해서는

두 관찰자의 시간과 공간이 달라야 했기 때문이죠.

 

얼핏 들어도 말도 안 돼 보이는 이 이야기는

충격적이게도 뮤온 실험을 통해서 간접 증명이 되었을 뿐 아니라

현재는 아예 강입자 가속기 덕분에 직접적으로 증명이 가능합니다.

 

현재 LHC 같은 입자 가속기에서

수소 이온을 빛의 속도에 99.99995%까지 근접시킬 수는 있지만

결코 빛의 속도를 넘지는 못합니다.

 

에너지를 무한히 투입해도

빛의 속도에 100%에 한없이 가까워질 뿐

그보다 빨라지진 않기 때문이죠.

 

빛의 속도에 가까운 속도로 이동 중인 입자는

우리에 비해서 시간이 느려지기 때문에

이 입자가 관측하는 빛의 속도와 우리의 빛의 속도 간에

모순이 생기지는 않는 겁니다.

 

그런데 여기에서 시간의 속도가 느려진다라는 말을 듣고

그러면 “상대성 이론을 이용하면

남들보다 오래 살 수 있는 거 아닌가?”라는

생각을 하는 사람들도 많을 텐데요.

과연 상대성이론을 이용해서 노화를 늦추는 게

이론상 가능할까요?

 

결과부터 말하자면

상대성이론을 이용해서 남들보다 오래 살 수는 있습니다.

 

특수상대성이론과 일반상대성이론을 이용하는 방법인데,

광속에 가까운 속도로 먼 별까지 날아갔다가 돌아오는 방법과

매우 중력이 강한 행성에 가는 방법

두 가지가 있습니다.

 

광속에 가까운 속도로 이동하면

특수상대성이론에 의해서 시간이 느려집니다.

지구로부터 1000광년 떨어진 별이 있다고 가정하겠습니다.

만약에 빛의 속도의 99.99%로 이동하는 우주선이 있다면

이 우주선에서 본 이 별까지의 거리는

약 4.5광년으로 관측이 됩니다.

 

그리고 이 우주선으로 별까지 왕복을 한다면

고작 9년이 걸린다고 느끼게 되지만

지구에서는 약 2000년이 지나 있습니다.

결국에 이 여행 한 번으로 거의 1990년을 더 오래 산 셈이죠.

 

일반상대성이론을 이용한 방법도 마찬가지입니다.

지구보다 훨씬 더 중력이 강한 곳에 있다면

시공간의 휘어짐에 의해서 상대적으로 시간이 느리게 흐르죠.

 

“결국에 먼 미래에 이런 상대성이론의 효과를 이용하면

거의 영원히 늙지 않고

오래오래 행복하게 살 수 있습니다” 라고 생각했다면

사실 이건 틀렸습니다.

 

많은 사람들이 빛의 속도에 가깝게 빨라질수록

시간이 느려진다는 것에 대해서

이걸 이용해서 오래 살 수 있다고 오해하는 이유 중의 하나는

시간이 무엇인지에 대해서 정확히 이해하지 못했기 때문입니다.

 

사실 지구에 있는 관찰자 입장에서 봤을 때는

실제 굉장히 오래 사는 것처럼 보이는 게 맞습니다.

 

하지만 나 자신이 느끼는 시간은 동일하다는 것인데요.

그러니까 무슨 말이냐면

시간이 100분의 1로 느려진다면

나는 분명히 1년밖에 안 살았는데

세상은 100년이 흘러 있는 것이죠.

 

천년이 흐를 동안 살아 있었다고 해도

내가 느끼는 시간은

고작 10년이라는 얘기이며

단지 변한 건

지구의 시간이 많이 지나 있을 뿐입니다.

 

이 이야기는 영화 <인터스텔라>를 통해서

비교적 정확하게 묘사가 되죠.

 

이번 영상은 세계적인 물리학자 스티븐 호킹의 제자인

다카미츠 유이치에 저서 <시간은 되돌릴 수 있을까>의 내용을 바탕으로

제작이 되었는데요.

다카미츠 유이치는 캠브리지 대학교에서 스티븐 호킹의 제자로 공부했으며

현재는 우주론 전문가로 <시간은 거꾸로 흐르는가>, <우주인을 만나기 전에 읽는 책> 등 유명한 책을 집필했습니다.

 

이번 책 <시간은 되돌릴 수 있을까>는 청소년도

기본기가 없는 문과생도

처음 교양 과학책을 읽는 사람도

물리학을 친근하게 접근할 수 있는 주제로

물리학의 핵심 개념을 시간 이야기로 엮어서 설명하는 것이 장점인데

양자역학, 상대성이론, 엔트로피, 블랙홀 등의 주제를 통해서

시간이란 무엇인지에 대해서 설명합니다.

 

개인적으로는 이번 영상에서 나온 얘기 말고도

양자중력 이론 챕터나

이 우주가 순환 우주일 수 있다는 순환우주 챕터도 굉장히 재미있었는데요.

 

이론, 물리학, 교양서적 중에서

특히 쉽게 정의하기 힘든 시간에 대해서

집중적으로 설명했다는 점에서 추천하는 책입니다.

 

우주의 시간은 왜 한 방향으로 흐르는지

시간은 왜 공간과는 달리 1차원인지

어쩌면 이 우주의 비밀을 푸는 열쇠는

시간의 정체에 있을지도 모르겠습니다.

그럼 이만.