안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.
상대성이론은 물리 법칙이 서로 다른 관찰자에게 다르게 보일 수 있다는 것을 보여주며, 시간과 공간의 관점을 바꿀 수 있다는 것을 보여줍니다. 이론은 매우 복잡하지만, 이러한 개념은 초등학생도 이해할 수 있을 것입니다.
특수 상대성이론의 시간 지연으로 설명하면 지구에서 볼때는 우주선 시간이 느리게 가고 우주선에서 보면 지구 시간이 느리게 하는데 만일 둘이 만나면 누가 젊을까라는 문제를 옛날에 쌍둥이 역설이라고 부르고 그 역설은 일반 상대성이론으로 해결된다고 설명하는 경우가 많았답니다.
그런데 일반 상대성이론은 큰 중력장 아래 있거나 또는 큰 가속도 운동을 겪으면 일어나는 현상입니다. 그래서 우주선으로 질량이 큰 별에 여행갔지만 바로 돌아왔다고 하면 일반 상대성이론 효과는 별로 크게 나오지 않게 됩니다. 그렇지만 우주선이 매우 빨리 움직이면 우주선 여행을 하고 돌아온 사람이 훨씬 젊어 있지요. 이것은 특수 상대성이론 효과입니다. 특수 상대성이론으로 이것을 설명하는데 쌍둥이 역설이 필요가 없답니다. 처음 특수 상대성이론을 잘 모를 때 상대방 시계가 느리게 간다는 식으로 설명을 해서 지구에서 우주선을 보거나 우주선에서 지구를 보거나 상대방 시계가 느리게 가서 쌍둥이 역설이라고 했지만 나이가 얼마일지는 지구나 우주선이나 자기 시계로 측정한 시간으로 결정됩니다. 우주선을 타고 빠른 속도로 여행하면 지구와 별사이 거리가 작아서 우주선 시계로는 시간이 얼마 걸리지 않지만 지구를 떠나 우주선이 돌아올 때까지 지구 시계는 시간이 많이 흐릅니다. 그래서 특수 상대성 이론에서도 이게 제대로 설명하면 원래가 역설이 아니었답니다.
상대성이론의 시간 팽창에는 특수 상대성이론 원리로 설명되는 시간 팽창과 일반 상대성이론 원리로 설명되는 시간 팽창 두 가지 종류의 시간팽창이 있어요. 이 두 가지는 조건이 맞으면 함께 일어나기도 합니다
우주여행을 한 사람이 늙어버리는 것은 쌍둥이 역설과 관련 있습니다.
이는 특수상대성 이론으로 설명하려고 하면 모순이 발생해서, 일반상대성이론을 사용해야 완벽하게 설명 가능합니다.
양자역학과 상대성이론은 서로 다른 두 분야이며, 각각의 이론이 다른 물리적 현상을 설명합니다. 그러나 양자역학과 상대성 이론은 둘 다 고전물리학의 한계를 극복하고, 현대 물리학의 발전에 큰 역할을 했습니다. 또한 양자역학을 포함한 현대 물리학은 상대성이론과 양자역학을 모두 필요로 하므로, 두 이론은 현대 물리학에서 상호보완적으로 사용됩니다.
