우리가 사랑하는 ‘우주의 이야기’에서 이번 시간에는 코끼리와 냉장고의 관계를 통해 특수 상대성 이론을 탐색해보고자 합니다.
특수 상대성 이론은 물체가 빠르게 움직일 때 그 물체의 길이가 관찰자에게 보이는 것보다 짧아지는 것을 보여줍니다. 코끼리가 빠르게 움직인다면 그 코끼리의 길이가 실제로 줄어들 것입니다. 그렇다면 이런 상황에서 코끼리는 우리 냉장고에 들어갈 수 있을까요?
결론부터 말씀드리면, 우리가 보기에는 코끼리를 냉장고에 넣을 수 있지만, 코끼리 자신은 그렇게 냉장고 안에 들어갈 수 없습니다. 이는 우리와 코끼리 사이에서 일어나는 일들이 다르기 때문입니다.
특수 상대성 이론은 두 가지 핵심 가정을 바탕으로 합니다. 첫 번째는 관성계에서 일어나는 모든 일들이 같은 물리적 법칙을 따른다는 것입니다. 관성계란 운동의 법칙을 따르는 시스템을 의미하며, 관성의 법칙은 물체가 외부 힘을 받지 않는 한 그 속도를 유지하거나 정지 상태를 유지하게 된다는 원리입니다. 따라서 관성계에서는 모든 물체가 같은 물리적 법칙을 따라 움직입니다.
두 번째 가정은 빛의 속도가 늘 일정하다는 것입니다. 즉, 빛의 속도는 정지 상태에 있는 사람이나 일정한 속도로 움직이는 사람에게서 모두 같게 측정됩니다.
이 두 가정으로 인해 시간 팽창과 길이 수축이라는 두 가지 현상이 발생합니다. 물체가 빠르게 움직일수록 시간이 느려지고, 물체의 길이는 짧아집니다.
예를 들어, A 지점에서 B 지점까지 움직이는 우주 오토바이를 생각해보십시오. 정지해 있는 관찰자에게는 이동에 20년이 걸리지만, 오토바이 운전자에게는 로렌츠 인자에 의해 계산되는 17.391년 밖에 걸리지 않습니다. 이렇게 운전자는 시간이 더 느리게 흐르는 것으로 인지합니다.
따라서 코끼리가 냉장고에 들어가려면, 코끼리는 빛의 속도의 97.65%에 해당하는 속도로 움직여야 합니다. 그러나 이는 현실적으로 불가능한 것이며, 코끼리가 냉장고에 들어갈 수 없다는 결론을 도출하게 됩니다.
