아인슈타인의 상대성 이론 쉽게 정리

학교에서 수업을 들을 때나 직장에서 일을 할 때 그렇게 느리게 가던 시간이 집에만 오면 왜 그렇게 빨리 가는 걸까요?
시간은 왜 다르게 흐른다는 느낌을 받는 걸까요?

 

상대성이론

사람들 모두 한 번은 들어봤을 법한 미국의 시사 주간지 타임(Time)이 20세기 가장 영향력 있는 사람으로 선정한 사람은 바로 물리학자 아인슈타인입니다.

이름만 들어도 알법한 쟁쟁한 연예인이나 예술가, 정치인을 제치고 아인슈타인이 선정된 이유는 그가 발표한 상대성이론의 영향력이 그만큼 컸기 때문입니다.

현재까지 인간의 지성이 만들어 낸 가장 신비로운 이론으로는 상대성이론, 양자론이 꼽힙니다.
양자론은 수많은 석학들의 합동 작품이었다면, 상대성 이론은 오직 아인슈타인 혼자만의 걸작이라는 점에서 봤을 때 상당히 놀랍습니다.

아인슈타인의 상대성이론이 이토록 혁신적인 이유는 누구나 당연하게 생각해왔던 절대적인 시간과 공간의 개념을 지우고 상대적인 시공간 개념을 도출했기 때문입니다.

가속운동은 누구나 느낄 수 있습니다. 놀이 기구가 급가속을 할 때 몸이 뒤로 쏠리는 느낌을 받고 운전 중 빠르게 커브길을 돌면 옆으로 밀리는 힘을 받는데 이러한 힘을 관성력이라 합니다.

참고로 관성의 법칙은 갈릴레이의 상대성원리입니다. 갈릴레이의 상대성원리는 정지해 있거나 일정한 속력으로 움직이는 관찰자에게는 동일한 물리법칙이 성립한다는 원리입니다.

중력도 모든 지구상의 물체에 작용하기 때문에 중력의 영향을 받지 않으려면 물체가 하나도 없는 텅 빈 공간으로 가야 합니다.

아인슈타인의 이러한 획기적인 아이디어는 가속운동과 중력이 서로 비슷한 현상이 아니라 동일한 현상이라는 것입니다.

아인슈타인은 지구와 같은 천체는 중력이라는 힘에 의해 휘어진 궤도를 따라 움직이는 것이 아니라, 휘어져 있는 공간의 가장 근접한 직선의 경로를 따라 움직인다고 하였습니다.

상대성이론은 태양이나 행성 같은 물체에 의해 휘어진 공간의 한 쌍의 방정식을 유도했습니다.

같은 물리법칙이 적용된다고 같은 물리량이 측정된다는 뜻은 아닙니다. 예로 시속 200킬로미터로 달리는 전기차 위에서 야구선수가 시속 150킬로미터의 공을 던진다면 공을 받는 포수는 350킬로미터 속도의 공을 볼 수 있을 것입니다.

하지만 포수와 달리 전기차 위의 야구선수는 시속 150킬로미터의 공을 던졌을 뿐입니다.

아인슈타인의 식에 따르면 '정지한 사람이 볼 때 움직이는 사람의 시간은 느리게 가는 듯 보인다' 는 말은 멈춰있는 관찰자가 움직이는 사람을 관찰했을 때 그렇게 보인다는 것이지 정작 움직이는 관찰자의 시계는 정상적으로 흘러갑니다.

학교에서 공부를 하던 회사에서 일을 하면서 시간이 느리게 간다는 것은 상대적으로 다른 운동을 하는 관찰자와 비교했을 때 의미가 있는 것입니다.

현재까지 우주의 구조를 설명하는 유일한 이론은 상대성이론입니다. 중력에 의해 시공간에 왜곡이 생겨 다양한 모습이 된다는 것을 현재까지 상대성이론을 대입하지 않고는 설명할 수 없습니다.

깊게 들어가면 끝도 없이 내용이 어려워지므로 비전공자의 시선에서 글을 작성해 보았습니다.