2. 시공간의 변화

지금까지의 이야기: 앞 절에서 우리는 아인슈타인의 두 가설을 만났다. 첫째, 물리 법칙은 모든 관성 기준틀에서 동일하다. 둘째, 빛의 속도는 누가 측정하든, 광원이 어떻게 움직이든 항상 같다($c \approx 3 \times 10^8 \, \text{m/s}$). 그리고 마이켈슨-몰리 실험이 "빛을 전달하는 매질(에테르)"의 존재를 부정했다는 것도 확인했다. 이 두 가설은 단순해 보이지만, 그 결과는 충격적이다. 이제 그 첫 번째 충격을 만나보자.

2-1. 동시성의 상대성 — "동시"는 보는 사람에 따라 다르다

당신이 확신하는 것, 그리고 그것이 틀렸다는 이야기

당신의 친구가 서울에 있고, 당신은 부산에 있다고 하자. 서울 타워에 번개가 떨어진 바로 그 순간, 부산 타워에도 번개가 떨어졌다. 두 번개는 동시에 일어났다.

이것은 너무나 당연한 이야기처럼 들린다. "동시에"라는 말은 누가 보아도 같은 뜻 아닌가? 서울에서 보든, 부산에서 보든, KTX를 타고 가면서 보든, 두 번개가 동시에 떨어졌으면 모든 사람에게 동시인 것 아닌가?

아니다.

아인슈타인의 특수상대론이 말하는 첫 번째 충격적인 결론은 바로 이것이다:

두 사건이 "동시"인지 아닌지는, 보는 사람이 어떻게 움직이고 있느냐에 따라 달라진다.

멈춰 서서 보는 사람에게 동시인 두 사건이, 빠르게 움직이면서 보는 사람에게는 동시가 아닐 수 있다. 하나가 먼저 일어나고, 다른 하나가 나중에 일어난 것으로 보인다.

"그건 단지 빛이 전달되는 데 시간이 걸려서 그런 것 아냐? 착시 같은 거 아니야?"

좋은 질문이다. 하지만 답은 아니다. 이것은 착시가 아니다. 빛의 전달 시간을 모두 보정한 후에도, 즉 어떤 사건이 "정말로" 일어난 시각을 정확히 계산한 후에도, 움직이는 관찰자에게 두 사건은 동시가 아니다. 이것은 시간 자체의 성질에 관한 이야기다.

어떻게 이런 일이 가능한 걸까?