상대성 이론 쉽게 이해해보기 #1

너무나 친숙하면서도 다가가기 어려운 

 

상대성 이론.

 

영화 인터스텔라를 통해 더욱 더 대중에게 다가온 듯 하지만 

아무리 들어도 이해하기 어려웠던 상대성 이론을 아주 쉬운 개념으로 접근해보겠습니다.

 

 

#상대성이론이란?

 

19세기 이전부터 빛이 입자인가 파동인가 에 대한 논란이 끊이지 않았다가 그 논란을 종결시킨 인물이 바로

아인슈타인

아무튼, 빛이라는 것이 대체 무엇인가에 대한 연구를 계속하다 보니 빛이라는 것이 항상 절대적인 속도를 가진다는 것을

알게 됩니다.

 

자동차가 시속 100 km/h로 달리고 있다고 했을 때, 내가 똑같이 100 km/h로 달려간다면 자동차는 시속 0 km/h로 관측될 것입니다. 하지만 빛은 같은 속도로 따라가도 언제나 빛의 속도로 관측된다는 것이죠.

쉽게 얘기하기 위해 예를 들어보겠습니다.

빛이 시속 100 km/h로 나아간다고 가정해볼게요.

내가 똑같이 100 km/h로 달려간다면 빛은 멈춰있는것처럼 보여야 하는데 이상하게도 100 km/h의 속도로 달리고 있는 나에게서 또다시 100 km/h 의 속도로 멀어져간다는 것입니다.

 

"빛의 속도는 항상 절대적이다"

 

이것이 바로 상대성 이론의 핵심 개념.

 

여기서 모순이 발생합니다.

 

다시, 빛의 속도를 100 km/h로 가정해 봅니다.

빛을 50 km/h로 따라가고있는 A를 관찰자 B가 보면

빛은 100, A는 50 의 속도로 이동하는것처럼 보입니다.

하지만 달리고있는 A 입장에서는 빛이 100 km/h 속도로 나에게서 멀어지고 있습니다.

 

A가 50 km/h 의 속도로 가고있는데 빛이 또 100 km/h의 속도로 멀어지고 있으니

A입장에서 빛의 속도는 그럼 150 km/h 가 되는걸까요?

 

 

 

여기서, 똑같은 빛인데 누구에게는 빛의 속도가 100 km/h이고 누구에게는 150 km/h로 관측되는 현상이 발생합니다.

 

 

 

일반적으로 우리는 속도가 거리/시간 이라는 공식을 알고있습니다.

그리고 지금까지 우리는 이 공식에서 시간은 누구에게나 똑같이 주어지는 것이라고 생각해왔죠.

 

하지만 시간이라는 것이 변할 수 있는 변수라고 가정한다면?

 

아인슈타인은 이 생각을 통해 과학계를 한번 뒤집어 놓습니다.

 

다시 아까 가정으로 돌아가봅니다.

빛 뒤에서 50 km/h로 따라가는 A를 멈춰있는 관찰자 B가 보면,

빛은 100, A는 50으로 이동하는 것으로 보이는데

 

속도 = 거리/시간 에서 A의 시간이 변한다고 가정하면

A는 33.3  km/h로 이동중이며 빛은 66.7 km/h로 이동중인 것으로 관측이 될 수 있습니다.

 

100 km/h 의 속도로 100km를 가려면 1시간이 필요한데

이동하면서 나의 시간이 변하면서 1시간 20분이 걸리는 꼴이 되는 것이죠.

 

즉, 물체의 운동상태에 따라 그 물체의 시간이 변한다는 개념입니다.

 

 

A 입장에서 대체 왜 빛의 속도가 절대적이지 않은 것인가에 대해서는 시간과 공간의 동시에 변한다는 로렌츠 수축 개념이 들어가는데 이 내용은 다음에 따로 기술해보겠습니다.