시간 지연에 대해 이해하기 위해 우리가 커다란 시계가 보이는 어떤 곳에 정지해 있는 우주선 안에 있다고 가정합니다. 시계가 12시 정각을 가리키고 있습니다. 시계의 시간을 눈으로 보려면 보려면 시계에서 반사된 빛이 우리의 눈으로로 ’12 시 정각’이라는 정보를 실어다 주어야 합니다.
만일 우리가 시계를 보지 않고 반사된 빛을 눈에 오지 않도록 머리를 옆으로 치우면 정보를 싣고 온 빛은 아마도 공간 속을 계속 날아갈 것입니다. 그렇다면 이 빛을 본 뒤쪽의 어떤 관찰자는 “아, 지구의 현재 시간이 12시구나! ” 라고 말할 수도 있습니다. 하지만 우리에게 시간은 이미 12시가 아닙니다. 따라서 우리와 뒤쪽의 관찰자는 12시를 알게 되는 시간이 다릅니다.
이제 우리가 탄 우주선이 빛의 속력만큼 빠르게 운동한다고 가정해보겠습니다. 그러면 우리는 12시 정각을 알려주는 시계의 정보(빛)에 뒤지지 않고 함께 운동 하게 됩니다. 우리는 빛과 같은 속도로 여행하기 때문에 집에 걸려 있는 시계가 여전히 12시 정각을 가리킬 때 집으로 돌아오게 됩니다.
그렇다면 집에서의 시간은 얼어 붙어 있는 것일까요. 만약 우리의 우주선이 운동하지 않는다면 집에 걸려있는 시계는 분당 60초의 비율로 미래로 나아간다는 것을 알고 있습니다. 만약 우리가 빛의 속도로 운동할 수 있다면, 집에 걸린 시계의 초점이 한 번 움직이는데 무한한 시간이 걸리는 것처럼 보일 것입니다. 물론 이 경우는 극단적인 상황인데요, 빛의 속력이 아닌 그보다는 느린 속력이라면 어떻게 될까요.
만약 우리의 속력이 0과 빛의 속도(c) 사이 어느 값이라면, 분당 60초의 비율과 무한 시간당 60초의 비율 사이의 어떤 값으로 시계 바늘이 움직이게 될 것입니다. 광속보다 느리지만 충분히 빠른 속도로 운동하는 기준틀에서 보면 시계의 기준틀에 있는 초침과 모든 사건들이 느리게 운동하는 것으로 보이게 될 것입니다. 즉 시간이 늘어나게 되는 것이며, 그 정도는 우리의 속력에 따라 다를 것입니다. 이것이 바로 시간 지연 효과입니다.
특수 상대론은 세상을 인지하는 우리의 인식을 달리합니다. 속력은 상대적이고, 그것이 광원과 관찰자의 속력에 따라 달라진다는 것에 동의합니다. 그러나 오직 하나의 속력, 즉 빛의 속력(c)만은 광원과 관찰자의 소력에 관계없이 절대적입니다.
한편, 시간은 보통 절대적인 것으로 여겨집니다. 무슨 사건이 벌어지는가에 관계없이 시간은 일정 비율로 흘러가는 것처럼 여겨지는 것입니다. 그러나 우리는 위에서 살펴본 가상의 우주 여행을 통해 시간이 절대적인 존재가 아니라는 사실을 알 수 있습니다. 아인슈타인은 시간이 관찰자와 관측되는 사건 사이의 운동에 따라 다르다고 제안했던 것입니다.