14. 아인슈타인의 기적의 해 ③: 특수 상대성 이론의 탄생

모두에게 똑같이 흐르던 시간의 배신

뉴턴의 시대 이래로, 우리는 너무나 당연하게 믿어왔습니다. 시간은 누구에게나 공평하게, 똑같은 속도로 흐르고, 공간은 변하지 않는 절대적인 무대라고 말이죠. 내가 1초를 보낼 때, 저 멀리 다른 사람도 똑같은 1초를 보낸다는 것. 이것은 의심할 여지 없는 상식이었습니다.

그런데 말입니다. 19세기 말, 과학자들은 빛의 속도를 측정하다가 아주 이상한 문제에 부딪힙니다. 내가 기차를 타고 공을 던지면 '기차의 속도 + 공의 속도'가 되는 게 당연한데, 빛은 내가 아무리 빨리 움직이면서 쏴도 그 속도가 전혀 변하지 않는다는 겁니다. 마치 어떤 상황에서도 자신의 속도를 고집하는 고집불통처럼 말이죠. 이 풀리지 않는 수수께끼에 모두가 머리를 싸매고 있을 때, 스위스 특허청의 한 젊은이가 이 상식의 세계에 거대한 균열을 내기 시작합니다.

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"만약 내가 빛의 속도로 날아간다면?"

1905년, 26살의 아인슈타인은 아주 단순하지만 혁명적인 두 가지 가정을 내세웁니다.

1. 물리 법칙은 누가 보든 똑같이 적용된다. (상대성 원리)
2. 빛의 속도는 누가, 어떻게 보든 항상 똑같다. (광속 불변의 원리)

특히 두 번째 가정은 그야말로 세상을 뒤집는 생각이었습니다. 내가 빛의 속도로 날아가면서 손전등을 켠다고 해도, 그 손전등에서 나아가는 빛은 여전히 '빛의 속도'로 달아난다는 뜻이었으니까요. 이 말도 안 되는 것 같은 가정을 지키기 위해, 아인슈타인은 기존의 상식을 과감하게 버려야 했습니다. 바로 **'절대적인 시간'과 '절대적인 공간'**이라는 개념을 말이죠.

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시간은 늘어나고, 공간은 줄어든다

빛의 속도가 누구에게나 똑같이 보이려면, 다른 무언가가 변해야만 했습니다. 아인슈타인이 내놓은 답은 충격적이었습니다. "움직이는 관찰자의 시간은 느리게 흐르고, 움직이는 방향의 공간(길이)은 줄어든다!"

즉, 아주 빠른 우주선을 타고 가는 우주비행사의 시간은 지구에 남아있는 사람의 시간보다 천천히 흐릅니다. 우주비행사가 1년을 보내고 돌아왔을 때, 지구는 몇 년, 몇십 년이 흘렀을 수도 있다는 거죠. 또한 그 우주선은 밖에서 보는 사람에게는 원래 길이보다 더 짧아진 것처럼 보입니다. 시간과 공간이 관찰자의 속도에 따라 늘어나고 줄어드는 고무줄 같은 것이었다니! 이 이론은 인류가 수천 년간 믿어온 시공간의 개념을 완전히 박살 내는 순간이었습니다.

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시공간, 그 새로운 무대의 탄생

아인슈타인의 특수 상대성 이론은 시간과 공간이 서로 분리된 것이 아니라, '시공간(spacetime)'이라는 하나의 4차원 구조로 얽혀있음을 보여주었습니다. 그리고 이 이론의 마지막 퍼즐 조각에서, 인류 역사상 가장 유명한 공식인 E=mc²가 탄생하며 질량과 에너지가 본질적으로 같다는 사실까지 밝혀냈죠.

특허청의 젊은 심사관이 던진 "만약에?"라는 질문 하나가, 우주를 바라보는 우리의 관점을 영원히 바꿔놓았습니다. 시간과 공간은 더 이상 절대적인 배경이 아닌, 우리가 어떻게 움직이느냐에 따라 변하는 상대적인 무대가 된 것입니다.