일반적으로 우리 모두는 하루 24시간이라는 동일한 시간의 틀 속에서 생활하고 있다는 것을 알고 있습니다.
그와 동시에 달팽이만큼이나 천천히 느린 발걸음으로 거리를 걸을 수도 있고, 또는 비행기나 우주선을 타고 아주 빠른 속도로 공간을 이동할 수 도 있다는 것을 알고있습니다.
그러나 대부분의 사람들은 공간상의 운동이 시간의 흐름에도 영향을 미칠 수 있다는 사실, 즉 시간이 절대적인 것이 아니라 변할 수 있는 것이라는 사실에 대해 지금까지도 정확히 알지 못하고 있습니다.
공간과 시간의 관계를 명확하게 이해한 최초의 과학자는 그 이름도 유명한 알버트 아인슈타인 이었습니다.
아인슈타인은 1905년 공간상의 운동 때문에 시간 자체에도 변화가 생길 수 있다는 사실을 밝혀내었는데, 이는 사실 우리가 살고 있는 일상의 상식으로는 이해할 수 없는 일이었습니다.
왜냐하면 일반적으로 우리의 시간은 미래를 향해 일정한 간격으로 달려나가기만 하는 것처럼 보이기 때문입니다.
아인슈타인은 이러한 본인의 발견을 특수 상대성이론(줄여서 특수상대론)으로 세상에 발표했습니다.
특수 상대성이론은 공간 상에서 등속운동을 할 떄 시간이 어떻게 변하는지, 질량과 에너지가 어떻게 관련되어 있는지를 설명하고 있습니다.
이같은 특수 상대성 이론을 발표한 지 10년이 지난 후에 일반상대성 이론이 발표되었으며, 일반 상대성 이론에서는 가속 운동까지도 포함하는 내용이 담겨있습니다.
시공간(시간과 공간)에 대하여
아인슈타인 이전의 뉴턴 또는 다른 과학자들의 공간에 대해 인식은 모든 것이 존재할 수 있는 무한한 곳이었습니다.
따라서 인간은 공간 속에 존재하고, 그 공간 속에서 여기저기로 운동(움직임)을 할 수 있다고 여겼습니다. 그런데 이 말을 우주로 확장시켜 다시 바꿔생각해보면, 우주가 공간 속에 있는지 명확하게 알 수 가 없습니다. 즉 공간이 우주 밖에도 존재하는것인지, 혹은 우주 안에만 존재하는 것인지에 대한 의문이 발생하는 것입니다.
유사한 질문으로는 시간 또한 우주 안에 존재하는 것인지 아니면 우주가 탄생하기 전에도 시간은 원래 존재하는 것인지 의문인 것입니다.
아인슈타인은 이 공간과 시간에 대해 모두 우주 안에서만 존재한다고 생각했습니다. 즉, 우주를 벗어나면 시공간이 존재하지 않는 다는 것입니다.
특수상대성 이론을 아인슈타인의 개념으로 이해하자면 시간과 공간의 운동은 서로 떼어내지 않고 얽혀있는 운동입니다. 즉 모든 운동이 시공간의 결합된 곳에서 우리가 살고 있는 것입니다.
예를 들어 어떤 물건이 매우 느린 속력으로 운동하면 공간적으로는 큰 이동이 없으므로 그 물건의 운동은 대부분 시간적인 운동입니다.
반면 어떠한 물건이 빛의 속력으로 공간상에서 운동한다면, 이는 매우 먼 거리를 짧은 시간 내에 이동하였으므로 시간상의 운동은 없고 공간상의 운동만 발생한다고 이해할 수 있습니다.
이 말에는 사실 빛의 속력이 만물의 최대 속력이라는 전제가 깔려있는 것인데요, 이에 따르면 우리가 빛의 속력으로 이동할 수만 있다면 시간상의 운동이 0으로 수렴하므로 나이를 먹지 않게 됩니다. 임모탈… 영생을 누리는 것이죠!
위 개념을 적용하면 엄청나게 빠른 속도로 이동할 수만 있다면 우리는 시간상 운동을 최소화하면서 나이를 덜 먹게 됩니다. 이를 시간지연이라고 하는데, 실제 우리의 일상에서는 아직까지 이 엄청난 속력으로 이동할 수가 없으므로, 사실상 대부분이 공간의 운동으로만 정의되는 것처럼 보일 뿐입니다.