인스티즈앱 ※우선 이 글은 물리적 수식, 양적관계와는 관련없이 단순 이해만을 돕기 위한 글임
(즉, 실제 물리적 사실과 모순되는 점이 있을 수 있음)
자 그럼 이제 step별로 특수상대성 이론에 대해 접근해 보겠음
step.1
먼저, 내가 시속 10km로 달리고 있는데,
그 앞에 시속 20km로 달리는 토끼 한마리가 있다고 가정해보셈
내가 토끼를 봤을 때 걘 10km/h의 속도로 점점 멀어지고 있음. right?
그럼 이제 내가 극복하지 못할 저질 체력으로, 더 이상 뛰지 못하고 정지했다고 가정해보셈
건방진 토끼는 이제 나에게서 20km/h로 멀어지게 됨.
이것은 토끼의 속도가 증가했기 때문임?
ㄴㄴ. 바로 내가 정지했기 때문임.
자 그럼 돌아와서, 이제 내가 정지해서 그 토끼의 뒷모습을 하염없이 바라보고 있는데,
갑자기 집에 가스렌지가 켜져 있을 것 같은 느낌이 드는거임. 똥줄이 탄 나는 토끼로부터 뒷걸음질을 치면서
집으로 가려고 하고 있다고 가정해보셈.
이 때는 토끼가 20km/h보다 더 빠른 속도로 나한테서 멀어지는 것 처럼 느껴질거임. 그츄?
자 그렇다면 이제 내(관찰자) 눈에 보이는 토끼(관찰대상)의 속도는
토끼의 속도가 아니라 !!!!
내 속력에 따라 달라지는 거라고 일반화 할 수 있겠음.
step.2
이제 빛의 속도로 넘어가보겠음.
빛의 속도는 초속 30만 킬로미터임. 1초에 지구 7바퀴 넘게 돌 수 있음.
매우 빠름. 아주 빠름.
자 이제 내가 빛의 속도보다 느린 초속 10만 킬로미터로 달리는 우주선을 탔다고 생각해보셈.
이 때, 내 옆으로 빛이 싸악 스쳐갔음.
내가 볼 때 이 빛의 속도는 얼마일까?
step1의 내용을 바탕으로 빛은 초속 20만 킬로의 속도로 나를 지나쳤다고 생각한 사람
분명 있었을 거임.
(내 속도가 10km/h이고 토끼가 20km/h일 때, 토끼가 10km/h의 속도로 멀어지는 것처럼)
But
But
But
!!!!!!!!!!!!
정답은 그렇지 않음. 여기가 핵심임.
즉, 내가 타고 있는 우주선의 속도가 초속 15만이든, 10만이든, 29만이든
그런 거 전!!!혀 상관없이 빛의 속도는 무.조.건 초속 30만 km임.
내가 얼마만큼의 속도로 빛을 따라가든간에 상관없이 빛은 30만km의 속도로 나에게서 멀어짐.
뭐지??????? 왜지???? 아까랑 다르잖아라고 생각할 수 있음.
하지만 이것은 관측된 값이고.. 토 달지 마셈.
중요한건 빛은 내 속도와는 상관없이 마이웨이로 달아남.
그렇다면, 이제 난 실제로는 초속 10만 킬로의 우주선을 타고 이동하는 중이지만,
우주선이 정지해있다고 느껴질거임.
왜!?
내가 정지해있을 때 20km/h로 달리는 토끼가 20km/h로 멀어지는 것 처럼 느껴졌던 것 처럼
내가 정지해 있으니까 초속 30만km인 빛이 내 옆으로 초속 30만km로 멀어지는 거처럼 느껴진단 거임.
step.3
그렇다면 다시 돌아와서, 드디어 시간 개념으로 가보겠음.
아까와 마찬가지로 내가 초속 10만 킬로로 달리는 우주선을 탔다고 가정해보셈
내가 우주선 안에서 빛을 봤을 때 빛은 무조건 초속 30만 킬로로 멀어지고 있음.
그러니까 난 정지해있어. 라고 여기게됨
여기까진 정리됐을 거임.
그렇다면 이제 지구에 있는 내 친구가
내가 탄 우주선과 빛을 동시에 보고 있다고 생각해보셈.
지구에서 내 친구가 보기에는 우주선도 달리고 있고 빛도 달리고 있을거란 말임.
얼마의 속도로?
우주선은 10만km/s로, 빛은 30km/s로.
자 그러면 지구에 있는 내 친구가 보기에는
우주선은 1초동안 10만km를 가고 빛은 1초동안 30만km를 감.
그럼 우주선에 있는 나는?
아마도 친구에게
거임?ㅇㅅㅇ 나는 1초동안 0km를 가고 빛은 30만km를 감. 누가 뭐래도 난 정지해있으니까.
라고 할 거임.
그러면 그 친구는 '뭐래 저 이'라고 하는 상황이 발생함.
이제 이 얘기의 끝이 보임.
자, 우주선의 속도를 이제 높여보겠음.
10만km/s 였던 우주선이 이제 20만km/s가 됐음.
그렇다해도 우주선에 있는 나한테는 그건 아무런 상관이 없쥬?
빛은 여전히 1초에 30만킬로로 멀어지고 있음.
그럼 지구인한테는?
우주선이 이제는 1초에 20만킬로를 가고, 빛은 1초에 30만킬로를 감.
이제 진짜 거의 끝나감. 좀만 참으셈.
총정리를 해보겠음.
우주선의 속도가 초속 10만킬로일 때, 빛은 초속 30만킬로로 움직임.
이때, 우주선에서는 1초동안 빛이 30만 킬로로 멀어졌음. (강조하지만 우주선안에선 정지해있다고느낌)
but, 지구에서 우주선과 빛을 보면
빛이 우주선에 대해 1초동안 20만킬로의 속도로 멀어짐 (지구에서 보면 우주선도 속도를 가지고 이동하니까)
그렇다면, 지구에서 보기에 우주선이 빛과 30만킬로만큼 멀어지려면 몇 초가 필요함?
바로 1.5초임
(1초동안 20만킬로가 멀어지니까 2초후에는 40만킬로가 멀어져있단 걸 생각해보셈)
어머나? 같은 30만킬로의 거리인데 우주선에서는 1초가 소요되고, 지구에서는 1.5초가 소요되네?
여기까지 이해안되면 다시 위로 올라가서 이해하고 오셈.
자 그럼 이제 속도를 높인 우주선으로 생각해보겠음.
우주선은 초속 20만km가 됐고, 빛은 여전히 초속 30만km임.
그렇다해도 우주선에 있는 나에게 빛은 1초에 30만킬로로 멀어지고 있음.
하지만 지구에서 보면?!
우주선은 이제 1초에 20만킬로로 이동하고, 빛은 1초에 30만킬로로 이동하니까
빛은 우주선에 대해 1초동안 10만킬로 멀어져있는 것 처럼 보임.
그러면, 지구에서 보기에
이 우주선이 빛과 30만킬로로 멀어지려면 몇초가 걸림?
바로
바로
3초인거 알겠음?
알거임. 잘했음.
그렇다면 이제 이 글을 마무리 할 때가 됐음.
우주선의 속도가 초속 10만킬로에서 초속 20만킬로로 증가했더니,
똑같은 30만킬로의 거리에 대해서 도달하는 시간이 1.5초와 3초로 증가했음
여기서 중요한건 똑같은 거리에 대해 도달시간이 달라졌단것임.
똑같은 30만킬로미터에 도달하기 위해
속도가 초속10만킬로 일 때는 1.5초밖에 안걸리고
속도가 초속 20만킬로 일 때는 3초나 걸림. 시간이 느리게 흘렀음
우리가 100살까지 산다고 생각해보셈.
그리고 그 100살의 시간이 거리로 표현이 된다고 가정하고,
그게 30만킬로와 같은 거리라고 생각하셈.
100살(=30만킬로)까지 도달하는데 초속20만킬로 일 때는 3초나 걸린다고
초속10만킬로 일 때는 1.5초밖에 안걸리던게.
초속 25만킬로로 증가하면 3초보다 더 걸린다고.
속도가 증가할 수록 100살에 도달하는 시간은 어마무시하게 느려질 거란거임.
늙어가는게 지연이 된다는 거임.
(적용)
여기까지가 시간의 상대성이고, 잘 생각해보셈
인터스텔라 등 우주선에서 일어나는 일을 다룬 영화에서 종종
"그 쪽으로 가면 속도가 너무 빨라져서 안돼." 라고 하는 이유가 뭐겠음?
우주선에서 1초의 시간이 지구에서는 위에 예시들처럼 1.5초 3초가 돼버림.
그 속도가 증가하면 더더더 그 격차가 커질것임.
초 단위를 단순히 year(년)의 개념으로 바꿔보셈.
우주선에서는 1년인데 지구에서는 그게 1.5년, 3년, 6년이 된거임.
설명의 이해를 위해 격차가 작지만, 실제로는 엄청난 격차가 있어서
영화 속에서 주인공들이' 10분이나 지났어.' 이건
지구에서는 뭐 한 1년 정도 지났다고 봐도 무방한 이유가 이것임.
이게 바로 '시간 지연' 이란 것임
운동하는 물체의
속도가 빨라질 수록 같은 거리에 대해 시간이 느리게 가는거임.
-끝-
이제 인터스텔라 다시 보면 다르게 느껴짐.