2-3. 아인슈타인: 시공간을 뒤흔들다

"빛의 속도로 달리면서 거울을 보면, 내 얼굴이 보일까?" — 16세의 알베르트 아인슈타인이 던진 질문

열여섯 살 소년의 질문

1895년, 독일의 한 열여섯 살 소년이 수업 시간에 멍하니 창밖을 바라보며 이상한 상상에 빠져 있었다.

"만약 내가 빛의 속도로 달리면서 거울을 보면, 내 얼굴이 보일까?"

보통이라면 그냥 엉뚱한 공상으로 끝났을 것이다. 하지만 이 소년은 이 질문을 10년 동안 놓지 않았다. 그리고 마침내 답을 찾았을 때, 그 답은 인류가 가지고 있던 시간과 공간에 대한 모든 상식을 뒤집어 놓았다.

그 소년의 이름은 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein, 1879–1955).

왜 이 질문이 그토록 중요했을까? 천천히 따라와 보자.

거울이 작동하는 원리는 간단하다. 내 얼굴에서 빛이 나가고, 그 빛이 거울에 반사되어 돌아오면, 나는 내 얼굴을 본다. 그런데 만약 내가 빛과 같은 속도로 달리고 있다면? 내 얼굴에서 나간 빛은 거울을 향해 날아가지만, 나도 같은 속도로 달리고 있으므로, 빛은 거울에 영원히 도달하지 못한다. 결국 거울에는 아무것도 비치지 않는다!

하지만 이것은 이상하다. 거울 앞에 서 있는데 얼굴이 안 보인다면, 그것만으로 내가 움직이고 있는지 멈춰 있는지 알 수 있다는 뜻이다. 맥스웰의 전자기학에 따르면 빛의 속도는 항상 일정해야 하고, 물리학의 법칙은 어떤 속도로 움직이든 같아야 한다. 그런데 거울 실험의 결과가 속도에 따라 달라진다? 무언가가 근본적으로 잘못된 것이다.