상대성이론에서 속도나 질량에 따라 시간이 느려지는 이유

예를 들어 질문자님이 가만히 서 계시고, 제가 우주선을 타고 질문자님 앞을 지나간다고 해봅시다. 소요되는 시간이 적어졌다, 조금 더 정확히 말해 "질문자님이 관찰한 제 시계가 가르키는 시간이 적어졌다"라는 것은, 가령 질문자님의 시계는 4초를 가르킨 반면, 제 시계는 2초를 가르키고 있었다는 말이 됩니다. 즉, 질문자님 입장에선 제 시계가 느리게 흐르는 것으로 관측됩니다.

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핵심은 "시공간"을 휘게 만든다는 겁니다. "공간"이 아니라 "시공간", 즉 공간축뿐만 아니라 시간축도 뒤틀립니다. 앞의 상황과 비슷하게, 중력과 가속도를 구분할 수 없다는 등가원리에 따라 사고실험을 해보겠습니다.

우주에 커다란 도넛모양 구조물이 있다고 해봅시다. 질문자님은 도넛의 정중앙에 계시고, 저는 도넛 내부에 있습니다. 이제 이 도넛 구조물을 회전시키면, 저는 꼭 중력장 내부에 있는 것과 같은 상황이 됩니다. 이제 저는 제 빛 시계를 질문자님과 나란하게 둘 겁니다.

(사진 상태가 조금 좋지 못한 점 양해바랍니다)

그렇다면, 위 사진처럼 질문자님 입장에선 저의 빛시계가 지그재그로 움직이는 것으로 관측되실겁니다. 앞의 상황과 똑같죠? 이를 통해 중력이 왜 시간을 느리게 흐르게 만드는지 간략하게 알아볼 수 있습니다.

시간이 느려진다는 것은 어떤 경우라도 물체가 빛의 속도보다 같거나 빠를 수 없다는 가정에서 시작된 것이죠. 내가 탄 비행기가 거의 빛의 속도로 달리고 있는데 그안에 있는 내가 빠르게 움직인다면 빛의 속도와 같거나 초과하게 되겠죠. 그래서내가 낼 수 있는 속도는 내가 탄 비행기와 합하혀 빛의 속도 미만이 되어야 하기 때문에 거기에 맞게 내 속도는 느리게 되는 거죠. 비행기 밖에서 나를 본다면 나는 슬로우 비디오 처럽 느리게 움직이고 있는 것으로 보이겠죠. 빛의 속도를 초과 하면 안된다는 이유는 예를 들어 우리가 본다는 의미는 광자란 소립자가 어떤 물체에 반사햐여 내눈에 들어와서 그 물체를 보게되는 거죠. 만약에 우리가 달을 보고 있는데 누군가 달에서 갑자기 쓰러졌고 빛보다 빠른 응급용 비행기를 타고 내 앞으로 왔다고 했을 때 빛보다 빨리 왔으므로 구급차에 환자가실려져온 것을 보고 있는데 달을 보니 그 환자가 쓰러지고 있는 것을 보게되는 거죠. 우리가 사는 세상은 원인에 이어서 결과가 일어나는 것이기 때문에 달에서 응급용비행기 이야기 처럼 되면 결과를 보고 그 다음 원인을 보는 것이 되니 모순이죠.

그리고 중력이 크면 중력에 의해 구속력이 커져 운동이 느려지는 거죠. 중력이 큰 행성일수록 운동이 느려지겠죠. 예를 들어 원자의 수명은 핵 주위로 전자가 몇번 회전하는 가에 달려 있어요. 중력이 큰 행성에서는 운동이 느려져 회전속도가 길어지고 최대 수명 회전수에 도달하는데도 오래 걸리겠죠. 그래서 수명은 더 길어지는거죠.

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도플러효과 때문에, 관찰자가 보기에 시간이 느리게 가는 것처럼 보이는 것 뿐입니다.

실제로 시간이 느리게 가는 것은 아닙니다.

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보다 자세한 설명은 아래 링크를 참조 바랍니다.

(참조 : https://blog.naver.com/kokospice/222504692840 )