재미난 과학이야기1
                                                                                                 

1997년 5월 13일


아인슈타인은 빛의 속도로 날아가면 세상이 어떻게 보일까 하는 의문을 계속

품어오다가 드디어 그 해답을 제시하였죠. 바로 상대성 이론이었습니다.

 

상대성이론의 골자는 세상의 모든 것이 항구 불변한 절대적인 것이 아니라

각 사람의 운동 상태 (물리에서 가장 중요한 것이 운동이다) 에 따라 모든 것이

달라지는 상대적인 것이라는 이론입니다.

 

몇가지 단순한 예로써 약간이나마 이해해 봅시다.

 

첫째, 빛의 속도 가까이 빨라지면 시간이 거의 멈추게되어 늙지 않습니다.

빛의 속도로 날아가는 우주선을 타고 우주여행을 하면 영원히 안 늙을 수도

있습니다. 물론 이 말은 지구에 있는 사람이 볼 때 우주선을 타고 여행하는

우주비행사들이 늙지 않는 것처럼 보인다는 말입니다.

 

우주선을 타고 있는 우주비행사들은 모든 것이 지구에 있을 때와 같은 식으로

시간이 진행하는 느낌을 받습니다. 두 세계(지구와 우주선)에서 있는 사람은

각각 자기들은 정상적으로 시간이 흐르 것처럼 느끼며 살아갑니다. 그러나

서로 다른 세계를 보았을 때  시간이 흐르는 속도가 완전히 다름을 알고는

놀라게 되는 것이죠. 빨리 움직이는 우주선에서 훨씬 느린 속도도 시간이

진행합니다.

 

그 결과 지구에 있는 사람들이 훨씬 빨리 늙어가는 것처럼 보이게 됩니다.

당연히 우주비행사들은 훨씬 젊은 상태로 오랫동안 있는 것처럼 보이는

것입니다. 늙기 싫으면 빠른 속도의 우주선으로 여행을 하세요. 지구에

돌아 왔을 때는 지구가 엄청나게 세월이 흐른 것을 보게될 것입니다.

 

                     

 

  위 그림처럼 광속우주선을 타고 지구로 돌아온 우주비행사들은 깜짝 놀랄

것입니다. 지구가 벌써 수백년이상 지났기 때문이죠. 빠른 속도로 여행하는

광속우주선안에서 한달이 지나는 동안 느린 속도의 지구에서는 벌써 세월이

수천만년이 지날 수도 있는 것입니다.

 

혹성탈출이라는 영화에 이런 내용이 나왔죠. 지구와 비슷한 별에 불시착한

우주 비행사들이 그 별을 지배하는 원숭이들에게 추격당해 해변가로 도망치는데

해변에 반쯤 묻힌 부서진 자유의 여신상을 보게된다. 그 별이 바로 수만년이 흐른

지구였던 것입니다.

 

이렇듯이 우주에는 절대적으로 흐르는 시간은 없습니다. 그러면, 시간이 도대체

무엇인가라는 의문이 생길 수있죠. 아인슈타인은 시간은 공간의 일종이라고 했는데

참으로 어려운 선문답같읍니다.

 

같은 지구에 사는 사람끼리도 손목시계가 같은 비율로 가는 것이 아닙니다. 앉아

있는 사람보다 뛰어 가는 사람의 손목시계가 약간 느리게 갑니다. 빨리 운동할수록

시간은 느려집니다. 만약, 늙기 싫다면 지금 당장 밖에 나가서 뛰십시요. 동빠지게.

1억분의 1초정도 덜 늙을 수 있읍니다. 우리가 느낄 정도가 되려면 거의 빛의 속도에

가까워져야 됩니다.

 

둘째, 빛의 속도에 가까워지면 모든 것이 수축이 일어나 홀쭉해 보입니다.

운동장에 있는 사람들이 철수를 보니까 철수가 꼬챙이처럼 가늘게됩니다. 빛의

속도로 철수가 뛰면 급기야 홀쪽해지다가 못해 철수는 사라져버립니다.

과연 철수는 어디로 갔을까요.

               

철수는 과거나 미래의 세계로 여행을 갔을까요 ? 아니면 우리가 이해할 수 없는

또 다른 세계 즉, 4 차원의 세계로 갔을까요 ?

달리고있는 철수가 운동장 스탠드에 앉아 있는 우리를 보면 우리가 모두 홀쪽해지고

학교 건물도 마찬가지로 길고 홀쪽하게 보입니다. 그러다가 빛의 속도로 뛰는 순간

우리와 건물등 모든 세계가 다 사라져 버리고 새로운 세상인 4 차원이 나타날 것입니다.

 

정말 죽여주겠다.

꿈에서라도 4차원세계를 한번 보고 싶어요. 과연 어떻게 보일까 ? 볼 수는 있을까.

사실 빛의 속도로 돌파하는 순간 사람은 분해되어 버린다고 합니다. 이미 생명이

없어지니까 어떻게 보일까 하는 것이 무의미하겠죠. 우리와 철수는 각각 자기

중심으로 세상을 본다는 것입니다. 모두가 세상과 우주의 중심입니다. 절대적인

중심이 있는 것이 아니라 모든 것이 중심이 될 수있는 상대적 세계인거죠.

 

                            

우리도 모두 자기의 관점으로 세상을 보고 느끼는 이것이 바로 상대성이론의

그 핵심과 통하는 것입니다. 알고보면 우리는 모두 상대성이론에 따라 가장

충실하게  생활해 왔던 셈이죠. 이기적인 것이 어쩌면 우주의 본성인지도 모릅니다.

그렇다고 이기주의를 두둔하는 것은 아니고...

 

세째, 빛의 속도에 가까워지면 질량(쉽게 무게라고 생각하세요. 엄밀히 말하면

다르지만 너무 자세히 구분하면 골때려 버리니까)이 무한대에 가까워집니다.

빛의 속도로 날아가는 로케트는 무게가 무한대이므로 그것을 뿜어줄 연료가

있을 수가 없습니다.

                            

실제로 빛의 속도를 낼 수 없다는 이야깁니다. 결국, 인간은 빛의 속도라는 벽에

갇힌 셈이죠. 그 어떤 물체도 무한 대의 에너지를 가질 수가 없기에 빛의 속도를

넘을 수가 없습니다. 답답한 생각이 듭니다. 빛의 우물에 빠져 나올 수 없는 우리의

처지가 너무 답답합니다.

 

빛의 속도를 능가하는 것이 있다면 영혼이 아닐까요. 영혼은 빛의 속도를 넘어

과거나 미래로 다니는 것이 아닐까 생각해봅니다. 에구 죽어 봐야 알지..

 

이상으로 상대성 이론에 관해 수식없이 개념만 쬐끔 맛만 보았습니다.

아주 큰 세계인 우주는 너무 커서 빛의 속도로 약 150억년동안 죽으라고

가야 겨우 끝에 도달합니다.

 

빛의 속도면 1초에 지구를 7 바퀴 반을 도는 속도입니다.

이 속도로 150억년이니 어휴 ....

 

이렇게 큰 우주에서는 공간과 시간이 지구에서 우리가 느끼는 것과 다르게

움직이고 있는 것을 아인슈타인이라는 걸출한 인물이 인류에 제공한 도구가

바로 이 상대성 이론입니다.



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