영화에서 들어본...... 아, 그거? 그거!

일반 상대성이론과 시간지연!???? 너무 어렵게 들리는데... 사실 영화나 여러 매체에서 자주 다뤄지는 내용이야. 좀더 이걸 쉽게 설명해보자면, '어떤 주인공의 시간이 다른 주인공들의 시간보다 느리게 흐른다' 로 생각하면 쉬워. SF영화에서 이런 설정을 어떤 사람들은 '그냥 그런 설정이다.' 라고 여길 수 있어. 물론 픽션으로. 하지만 이와 같은 설정의 뒤에는 정말 사실적인 이론이 있어. 바로 이 이론이 아인슈타인의 상대성 이론이야.

시간이란 무엇인가?

간단하게 상대성 이론에 대해 설명하기 전에, 한번 시간이라는 물리량에 대해 생각해보자. 우리가 지금 시계를 보면, 어떤 '시각'을 알 수 있어. 지금 글을 쓰는 시각은 오후 2시 9분이야. 그럼, 2시 9분이라는 기준은 어떻게 아는 걸까? 누가 재는거고? 무엇을 재는 걸까? 온도계처럼 온도계를 어떤 물체에 대면 그 온도를 알 수 있는 것 처럼, 시간을 알 수 있는 걸까? 

사실 금방 말한 2시 9분이라는 시간이 절대적이라 여겨질 수 있지만, 엄밀히 말하자면 이는 국제적으로 정한 어떤 약속이야. 즉, 상대적 시간을 절대적으로 말하기로 한 약속이지! 쉽게 말하자면, 우리가 11월 20일이라는 날짜를 말할때, 사실 양력을 기준으로 한거잖아. 이는 지구가 태양을 공전하는 것을 1년이라는 한 단위로 여긴 후 말할 수 있는 날짜야. 한편, 달이 지구를 공전하는 것을 1달이라는 한 단위로 여기면 이는 음력 날짜가 되겠지. 음력과 양력으로 오늘의 날짜가 달라지는 것 처럼, 지금 이 순간 흐르는 시간 또한 어떻게 정의하느냐에 따라 달라질 수 있다는 얘기야.  

지금 말하는 1초 라는 단위는, 지구의 지표면에 가깝게 위치한 정지한 원자시계를 통해 정해져. 수강신청 할 때 원자시계 프로그램을 다운받아서 광속 클릭을 한 기억이 있을거야. 이때 쓴 원자시계가 바로 그 시계야! 이 시계의 이름이 '원자시계' 인 이유는, 어떤 원자가 단위 시간당 얼마나 진동하는 지를 기반으로 측정했기 때문이야. 즉, 세슘이  91억 9263 만 1770 번 진동할 때 마다 1초씩 카운팅 하는 거지. 대한민국의 표준시간은 한국표준과학연구원 (KRISS) 에 있는 세슘원자시계를 정해져. 대한민국은 표준시계를 보유한 국가 아홉 개의 국가 중 한 국가에 속해. 

특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론

특수 상대성 이론의 경우, 움직이는 사람의 시계에서 시간이 더 천천히 가. 즉, 관측하는 사람(가만히 있는 사람)의 속도에 따라 정해지는(여기서는 0이지) 움직이는 사람의 상대속도에 따라 시간이 상대적이라는 이론이야. 이 때 움직이는 사람은 일정한 속도로 운동해. 즉, 가속도가 없어. 

일반 상대성 이론의 경우, 높이 있는 사람의 시계에서 시간이 더 천천히 가. 관측하는 사람이 속도를 갖고 움직이는 건 아니지만, 어떤 힘, 중력, 즉 만유인력이 작용해. 높이 있는 사람의 경우 중력을 더 많이 받아. 왜냐하면, 지구의 중심으로부터 더 멀리 떨어져 있기 때문이야. 쉽게 설명하기 위해, 위와 같은 예를 설명했는데, 여기서 말하는 속도나 거리라는 단위는 매우매우매우 큰 단위야. 광속이나 수천만 km 같은. 

즉, 상대성 이론이란 서로 다른 두 물체는 다른 시간 기준계를 갖고 있다고 말하는 이론이야. 재밌는 것은, 일반 상대성 이론이 먼저 특수 상대성 이론이 나중에 만들어 졌다고 생각하기 쉽지만.... 사실은 반대야! 상대적인 속도와 시간의 관계를 설명하는 특수 상대성 이론이 먼저 제기되었고, 이를 바탕으로 가속도가 있는 힘, 즉 중력과 시간을 설명하는 일반화된 상대성이론이 나중에 나왔어. 

위를 영화의 예에서 적용해서 보자면.... 영화 스타워즈에서 밀레니엄 팔콘을 타고 광속 우주비행을 하는 제다이의 경우, 정지해 있는 다른 인물들에 비해 시간이 느리게 가. 즉, 특수 상대성이론 때문이지. 영화 인터스텔라에서 쿠퍼는 가르강튀아 블랙홀 옆 밀러 행성에서 1시간을 보내지만, 이는 지구에서 보낸 7년과 같지. 바로 밀러 행성의 중력이 지구보다 강하기 때문이야. 즉, 일반 상대성이론 때문이지. 

오늘은 듣기만 해도 어려울 거 같은 상대성이론에 대해 좀더 쉽고, 간단한 설명으로 글을 써 봤어. 이 글에 대한 피드백이나 원하는 글감은 인스타그램 👉🏻 @the_toilet_papers 이나 댓글로 부탁할게! 

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