어린이과학동아&수학동아 기사

안녕하세요.이유하 기자입니다.

만약 뚱뚱한 사람이 홀쭉해지고 시간이 빨라지고 시간이 느...려........지.......고....한다면 여러분은 믿을 수 있습니까?아마도 못 믿는 분들이 많을 것 입니다.하!지!만!아인슈타인이라는 인물이 태어나 뉴턴의 절대공간,절대시간 법칙을 깨 버렸습니다.그 위대한 이론을 제가 이해시켜드립니다. 시작해 보겠습니다.

아인슈타인이 16세 때 아인슈타인은 다음과 같은 상상을 즐겨했습니다.

'나는 아주 어두운 빛이 존재하지 않는 공간에 있다.난 손거울을 들고 있다.하지만 빛이 없어 손거울도,내 손거울에 비친 나의 모습도 찾아볼 수 없다.빛이 생긴다.신나서 뛰어본다.나의 속도가 빛과 같아진다.그순간...!나의 모습은 어떻게 보일까?'

이 상상이 특수상대성이론의 시작입니다.나중에22세가 됐을 때 특수 상대성이론을 발표했죠.이 해답을 찾기 위해 먼저 빛의 속도가 유한하다는 것을 증명해야합니다.일단 물리학의 거장인 맥스웰이 이 속도를 측정하는데 성공 했습니다.그럼 빛이 우리가 볼수있게 해 주는것을 생각해보면 나의 모습은 보이지 않겠죠.우리의 속도를 빛이 못 따라오니까.그럼 사고실험을 계속해 봅시다.

'그래!나는 지금 빛의 속도에 이른거야!그래!그거야!........아...그것이 아니었구나!나는 나의 속도를 알 수 없구나!'

이게 무슨 이야기일까?하는 분들도 있으실 것 입니다.그런 분들을 위해 등속운동할때 왜 자신의 속도를 알 수 없는지 사고실험으로 확인해 봅시다.

'오늘은 우주선이 출발하는 날이다.우주비행사가 환호를 받으며 우주선에 탄다.하지만 너무 우주선 재질 때문에  미동도 없다. 우주선이 등속운동하다.비행사는 너무도 이곳이 편안해 우주선이 움직이고 있는지 의심이 간다. 창문은 없다.'

이 상태에서 우리가 움직이고 있는지는 알 수 없습니다.이번에는 왜 하필 등속운동인지 알려드리겠습니다.우리가 엘리베이터를 타면 살짝 눌리는 듯한 느낌이 듭니다.그것은 여러분이 중학교에 가면 귀에 못이 박히게 듣고 입이 닳도록 외울 관성입니다.관성은 원래 유지된 상태를 유지하려는 특성 입니다.그 관성이 우리를 누르기 때문에 실제로 엘리베이터에 타서 내려가면 잠시동안 무게가 줄어들고 올라가면 늡니다.(안 믿어지는 분들은 해보세요)

이번에는 두 가지 시간 지연 효과를 알아보겠습니다.1번째는 뉴턴의 모두에게 시간이 같다는 절대 시간의 부정이고 2번째는 말그대로 시간 지연입니다.(가장 재밌는 부분)

1.나는 기차에 타 있다.그리고 두 안내등이 있는데 그 정가운데에 사람이 서 있다.그리고 기차의 출발과동시에 불빛이 번쩍인다 출처:아인슈타인의 생각실험실 1권.빛을 쫓아 특수상대성이론에 이르다

그 사람은 불빛이 동시에 번쩍였다고 느끼지만 난 그렇지 않다.왜냐면 기차가 출발해서 불빛1이 기차로 오는데 걸리는 시간이 오래 걸리게 되고 불빛3은 그반대로 되기 때문이다.'

이는 사람에 따라 느끼는 시간이 차이가 있다는 것 이므로 절대 시간의 부정입니다.

2.광시계를 아시나요?광시계는 거울 사이에 빛을 비춰 빛이 왕본할 수 있게 설계한 가상의 시계입니다.만약 이광시계가 기차 안에 있다고 상상해 봅시다.

'한 사람이 기차 밖에 서 있다.그리고 사람1이 기차에 탄다.밖에있는 사람은 기차를 관찰한다.기차는 투명해서 내부가 훤히 보인다.빛이 수평이 아니다!대각선이다! 출처:아인슈타인의 생각실험실 1권.빛을 쫓아 특수상대성이론에 이르다.

이것을 계산해 보자면 광속의 0.1배면 시간이1.005배 증가하고

0.2배이면1.021배

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.0.9999배이면70.704배 입니다.

3.마지막 주제는 차원에 대한 연구입니다.1찬원은 선입니다.오직 앞밖에 없지요.그래서 폭이 있는 벽이 나타나면 더이상 가지 못합니다.하지만 2차원 생물은 넓이가 있기 때문에 폭이 있는 것을 거뜬히 갈 수 있죠.하지만 2차원 생물도 높이가있고 사방이 막혀 있으면 못 지나갑니다.하지만 3차원 생물 바로 우리가 있죠!우리는 비행기 타고든 어떻게든 넘어가죠.그럼 4차원은 뭘 할 수 있을까요?아인슈타인은 4차원 생물은 시간을 오고 갈 수 있을 것이라고 주장합니다.정말 그럴까요?궁금하네요.

네,지금까지 상대성이론을 정리했습니다.더 자세한 공식들을 알고 싶으시다면 댓글로 후속기사 요청을 해 주세요.감사합니다