'같은' 공간에서 '같은' 시간을 보냈던 쌍둥이....
그러나 다른공간에서 이해할수 없는 시간이 흘렀다.
여기서 우리의 이야기는 시작된다.
베른행 기차를 탄 젊은이... 아무도 눈여겨 보지 않는다.
그의 이름 '아인슈타인'
그의 머리속은 고등학생때 했던 상상 한가지 뿐이다.
" 내가 빛과 같은속도로 빛을 따라간다면 어떻게 될까? "
지금은 아니지만 당시 특허국 건물이었던 이곳에서
아인슈타인은 특허법을 알고, 기술적인 명세서를 읽으며 특허 신청서를 평가하는 일을 했다.
특허국 기술전문 제3급 사무관
이것이 그의 직업이었다.
이 직업이 좋은것은 물리학을 놓치 않아도 된다는 것이었다.
그는 여기서 26살때 5편의 논문을 쓴다.
그중 하나는 '움직이는 물체의 전기역학에 관하여' 라는 제목의 논문이다.
우리모두 조금 다른 제목으로 알고있다 바로... '특수 상대성이론'
여기서 '상대성'은
'갈릴레오 갈릴레이'와 관련이 있다.
그를 극단적인 상황까지 몰고갔던, 그리고 그후 200년 가까이 금서였던 책이 있다.
책표지에 그려져있는 천동설을 대표하는 인물 '프톨레마이우스'를 그려넣었다.
그는 주장했다. " 지구는 우주의 중심이므로 움직일리가 없다. 만약 땅이 움직이면 나뭇가지가 흔들리고 지붕은 날라다닌다.
사람이 제자리에서 뛰면 그동안 땅이 움직이니 저만치 날아가서 떨어질것이다. 그래서 지동설은 틀렸다."
갈릴레오는 커다란 배를 얘를들어 반박한다.
이 공간은 바깥과 완전히 차단된 공간이다.
여기는 어항에 물고기도 있고, 나비가 날아다닌다. 와인통에서는 와인방울이 떨어진다.
물론, 뛰어도 뛴자리에 그대로 내려앉는다.
갑자기 배가 출발한다.
배가 같은속도로 가고있을때... 배안의 모습은 아까와 다를까??
물고기, 나비 모두 그대로이고, 와인방울도 그대로 아래로 떨어진다. 제자리에서 뛰어도 그자리로 떨어진다.
배안에서는 배가 움직이는지, 서있는지 알수 없다.
별도 없고 달도 없는 암흑속에 내가 있다.
갈릴레오의 배안에서 처럼 가고있는지 정지했는지 알 수 없다.
멀리서 어떤 여자가 다가오자 그제서야 내가 멈춰있었단걸 알게 된다.
이 여자는 어떤 남자가 다가오고 있다고 생각한다.
그녀 역시 자신은 멈춰있다고 생각한다.
누가 멈춰있고, 누가 움직이는 걸까..
우리가 여기서 알 수 있는건, 서로가 스쳐 지나간다는 사실 뿐이다.
아무런 힘도 받지 않고, 같은 속도로 움직일때 나를 규정하는것은 상대의 움직임이다.
이것이 갈릴레오의 상대성 원리이다.
그리고 이 원리는, 20세기 초 어떤 아마추어 과학자를 만나게 된다.
오토바이를 타고 같은속도, 시속 100km로 달리고 있다.
여기서의 속도는 정지하고 있는 사람이 본 속도이다.
자동차도 등속, 시속 50km로 가고 있다.
그리고 자동차 운전자가 보았을때 오토바이 속도는 시속 50km이다.
오토바이 속도는 하나인데 보는 사람에 따라 속도는 달라진다.
움직이는 물체의 속도는 절대적인것이 아니라 보는 사람에 따라 달라지는 상대적인 것이다.
17살 아인슈타인이 그토록 궁금해 하던것....
" 내가 빛과 같은 속도로 쫓아가서 빛을 바라본다면 어떻게 될까? "
빛은 전기와 자기가 교차하며 끊임없이 앞으로 나아간다는것은 이미 밝혀져 있다. (이는 맥스웰이 발견한 것으로 3부에 나옵니다.)
그런데 이 움직임... 매우 익숙하다.
파도는 어떻게 오는 것일까??
줄을 잡고 흔들면 파동이 생긴다.
줄이 이동하는 것이 아니라 진동이 이동하는것이다. (줄의 금색 표시를 잘 보세요)
이 진동이 에너지를 전달한다.
파도 역시 물이 이동하는 것이 아니라 진동이 이동하는 것이다.
파도를 타는 서퍼는 그 진동과 함께 나아간다.
그 서퍼는 즉, 정지된 진동의 모습을 볼 수 있다는 말이다.
빛도 파동의 성격이 있다.
내가 빛속도로 갈때 빛의 상대적 속도는 0
즉, 빛이 멈춰있는 모습을 볼수 있어야 한다. 그런데 그것이 불가능하다.(이거에 대해 추가적으로 설명을 하자면 빛의 속도가 불변이란 것은 맥스웰의 방정식에서 수식으로 밝혀졌습니다. 다만 이게 어떻게 가능한건지 고안을 해낸것이 아인슈타인 입니다.)
여기서 아인슈타인은 기발한 생각을 한다.
아까 말했다시피 속도는 보는 사람에 따라 다르다.
그런데 빛은 혹시.. 다르지 않을까??
50km 자동차가 보든, 100km의 오토바이가 봐도, 땅에서 봐도, 초속 30만 km로 가고있지 않을까??
이게 아인슈타인의 생각이었다.
속도는 상대적인데 빛은 불변한다.
갈릴레오와 빛... 모두 옳다면 틀린게 있을거다.
아인슈타인은 모두 불변이라고 생각했던것을 의심해본다.
'시간'을 의심한다.
그는 같은 순간에 내려치는 번개가 같은 시간이 아닐수도 있다는 생각을 했다.
우리가 믿었던 동시라는 것은 어떠한 것인지 알아보자
움직이는 기차를 생각해보자
기차 안에 특별한 장치가 있다. 가운데에는 빛을 내는 광원이 있고, 양쪽으로 같은 거리의 빛을 반사하는 반사기가 있다.
기차가 멈춰있을때 빛은 같은 거리만큼 가서 동시에 반사된다.
밖에서 봐도 마찬가지이다.
그럼 기차가 빠르게 달릴때를 알아보자
기차안은 역시 같은 거리만큼가서 동시에 반사됩니다
근데 같은상황을 밖에서 보면...이상해 진다.
아까는 동시였는데 이제는 아니다.
빛은 언제나 속도가 일정하니까 (즉, 기차가 달리면서 나온 빛이라고 감속 혹은 가속되지 않는다는 말입니다.)
다가오는 뒤쪽이 먼저, 멀어지는 앞쪽이 나중에 반사된다.
지구에서는 동시인데, 지구밖에서는 아니다.
누군가에게는 동시가.... 누군가에게는 동시가 아니다.
빛은 한결같다. 변하는건 시간이다.
다시 처음으로 돌아가서, 쌍둥이 언니의 시간은 왜 느리게 갔을까??
변하지 않는 빛을 기준으로 삼은 광자시계이다.
한번가면 1초 다시오면 1초, 2번 왕복하면 4초이다.
7번 왔다갔으니 7초가 흘렀다.
안에서 수직으로 흐르는 빛이 밖에서 보니 사선으로 흐른다.
빛이 지나온 길이를 재면 7번 왔다갔다 한 거리를 넘는다.
이번에는 시간을 재어보자
밖에서 흐른 시간은 10초... 우주선 안보다 시간이 빠르게 갔다.
빠르게 가는 우주선에서는 시간이 천천히 흐른다.
지구에 있는 동생은 늙었는데, 언니는 젊다.
1905년 아인슈타인은 기적의 해를 보낸다.
절대적인것과 상대적인것이 완전히 바뀐.....
그리고 그것의 증거를 여기서 볼 수 있다.
여기서 하는 일중 하나가 뮤온을 관측하는 일이다.
우주에서 날라온 입자가 지구의 대기권에 부딛히면 뮤온이라는 입자가 만들어진다.
수명은 100만분에 2초, 그사이 660m를 날아간다.
그런데 우리가 보면 32km를 날아간다.
광속 99%로 달리는 뮤온의 시간이 늘어난 것이다.
서로의 시간이 각자 다르게 흘러간 것이다.
베른의 특허국 사무실에서 아인슈타인이 생각했던 아득한 우주를.. 여기서 본다.
