우리가 실제로 정차 상태에서 갑자기 움직이는 트럭에서 던져진 공을 잡는 상황을 가정해봅니다. 앞서 살펴본 예시와, 일상에서의 상식을 따르면 그 공은 분명 트럭과의 상대적인 진행 방향 및 속력에 따라 우리에게 도달할 때 다른 속력으로 도달하는 것이 정상적인 상황입니다.
그런데 만약 트럭의 속력과 운동 방향에 상관없이 날아노는 공이 무조건 60km/h의 속력으로 날아온다면 어떻게 될까요.
즉, 트럭이 굉음을 내며 우리에게 50km/h 속력으로 돌진하고 있는 상태에서 트럭 위의 친구가 60km/h의 속력으로 공을 던진다고 해도 마치 트럭이 전혀 움직이지 않았던 때와 마찬가지로 동일한 속력으로 날아오는 공을 받게 되는 상황이 가능할까요.
사실 이같은 가정은 우리 일상의 경험과 상식에서 벗어난 상황이므로 전적으로 불가능한 것처럼 보입니다. 다시 말해 만약 불가능한 이 상황이 우리에게 일어날 수 있는 세계를 맞이하게 된다면, 우리는 그간 믿고 있던 모든 물리법칙을 다시 의심하게 되고, 이는 곧 실제 세상에 대한 기존에 정립된 모든 개념을 재평가해야 한다는 것입니다. 즉, 우리는 그 즉시 혼돈의 카오스로 빠지게 됩니다.
빛의 속력 초속 30만 km
사실 야구공은 이해를 돕기 위해 든 예시일 뿐 실제로 이런 식으로 운동한다는 것은 아닙니다. 하지만 실제 이런 식으로 운동하는 존재가 있는데 그 존재가 바로 빛 입니다. 빛은 위에서 설명드린 예시와 같이 어떤 상태에서든지 상대적인 속력이 아닌 자신만의 속력으로 운동한다는 것이 밝혀졌습니다. 진공 상태에서 빛의 속력은 광원의 속력(트럭의 속력)이나 빛을 받는 물체(포수)의 속력에 관계없이 300,000 km/s 로 동일합니다.
일상에서는 빛의 속력이 믿을 수 없을 만큼 빠르기 때문에 우리는 이러한 사실에 주의를 기울이지 못하는것입니다. 빛의 속력이 진공에서 초당 30만km로 고정되어 있다는 것은 지난 20세기 말에 이미 발견 되었습니다. 접근하는 광원으로부터 나온 빛과 멀어지는 광원에서 나온 빛이 관찰자에게 초당 30만km의 같은 속력으로 도달한다는 것입니다. 또한 우리가 광원으로 접근하거나 멀 어지는 운동을 하고 있어도 빛의 속력은 같습니다.
당대 물리학자들은 이러한 발견을 어떻게 생각했을까요. 그들은 예상한 것처럼 일상의 물리법칙이 모두 부정당하는 듯 한 당혹 감을 느꼈을 것입니다. 특히 실험 물리학자들은 이같은 결과를 부정하며 검증 실험에 실험을 거듭했지만 그 결 과는 항상 같았습니다. 어떤 변수도 빛의 절대적/상대적 속력을 바꿀 수 없었던 것입니다. 다양한 해석들이 제안되었지만 어떤 해석도 만족스럽지 못했습니다. 그리고 이로써 물리학의 기초가 흔들리기 시작했습니다.
알버트 아인슈타인은 속도의 정의를 깊이 생각하면서 빛의 속도에 주 의를 기울였습니다. 속력이란 무엇인가라는 기초적인 질문에서부터 시작한 그의 관심은 시간과 공간에 · 대한 고전적인 개념들을 의심하기 시작했습니다. 그리고 끝내 시간과 공간이 단 하나의 단일체인 시공간의 한 부분이라는 결론을 내리게 되었습니다. 즉 시간과 공간이 따로 존재하는 것이 아니라 시공간이라는 하나의 개념으로 엮이게 된 것입니다. 그리고 빛의 속력이 불변한다는 사실을 기반으로 시간과 공간을 시공간으로 통합한다고 생각하게 되었습니다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론은 두 개의 기본적인 공리에 기초를 두고 있습니다.