시간은 누구에게나 똑같이 흐를까요? 일상에서는 그렇게 느끼지만 아주 빠르게 움직이면 달라져요. 1905년 9월 26일 독일학술지 ‘물리학연보’에 알베르트 아인슈타인의 논문 ‘움직이는 물체의 전기역학에 대하여’가 실렸어요. 아인슈타인은 이 논문에서 움직이는 속도에 따라 시간과 공간이 다르게 측정된다는 ‘특수상대성이론’을 제시했어요.
아이작 뉴턴은 고전역학에서 시간이 누구에게나 똑같이 흐른다고 봤어요. 달리는 기차에서 앞으로 공을 던지면 땅 위의 사람이 측정한 공의 속도에는 기차의 속도가 더해져요. 빛은 달라요. 달리는 기차에서 빛을 쏘아도 기차 안 사람과 땅 위 사람은 진공에서 빛의 속도를 똑같이 측정해요.
아인슈타인은 빛의 성질을 자연의 원리로 받아들였어요. 물리 법칙은 일정한 속도로 움직이는 모든 관찰자에게 똑같이 적용되고, 진공에서 빛의 속도도 항상 같다고 보았지요. 두 원리를 설명하려면 시간과 공간에 대한 생각을 바꿔야 했어요.
서로 다른 속도로 움직이는 관찰자는 시간과 길이를 다르게 측정해요. 빠르게 움직이는 물체의 시간이 더 느리게 흐르는 현상을 ‘시간 지연’, 운동 방향의 길이가 더 짧게 측정되는 현상을 ‘길이 수축’이라고 해요. 자동차나 기차의 속도에서는 차이가 적지만 빛의 속도에 가까워질수록 두 현상이 뚜렷해져요.
1977년 과학자들은 유럽입자물리연구소(CERN)에서 빛의 속도에 가깝게 움직이는 ‘뮤온’의 수명을 측정해 시간 지연이 이론의 예측과 일치함을 확인했어요. GPS 같은 위성항법 시스템도 위치를 계산할 때 특수상대성이론의 효과를 고려한답니다.
