제5권: 시공간의 물리학 — 상대론

Chapter 1: 특수상대론

1. 아인슈타인의 두 가설

1-1. 빛의 속도는 누가 보아도 같다

놀라운 사실 하나로 시작하자

당신이 고속도로에서 시속 100 km로 달리는 자동차 안에 있다고 해보자. 창밖으로 반대 방향에서 시속 100 km로 달려오는 트럭이 보인다. 당신이 보기에 그 트럭은 시속 200 km로 다가오는 것처럼 느껴진다. 너무나 당연하다.

그런데 이번에는 자동차 대신 빛을 생각해보자. 당신이 빛의 속도의 절반, 그러니까 초속 15만 km로 달리고 있다고 상상하자. 앞에서 빛이 다가온다. 당신이 보기에 그 빛은 얼마나 빠르게 다가올까?

상식대로라면, 빛의 속도(초속 30만 km)에 당신의 속도(초속 15만 km)를 더해서 초속 45만 km로 보여야 한다. 적어도 우리의 일상적인 경험은 그렇게 말한다.

하지만 자연은 이렇게 답한다:

아니. 빛은 여전히 정확히 초속 299,792,458 m로 다가온다. 너의 속도와는 상관없이.

이것은 비유가 아니다. 실제로 수없이 측정한 실험 결과다. 당신이 빛을 향해 달리든, 빛에서 도망치든, 가만히 서 있든, 빛의 속도는 언제나 정확히 같은 값으로 측정된다.

이것이 왜 놀라운 일인지 차근차근 이해해 보자. 그리고 이 하나의 사실에서 시간과 공간에 대한 우리의 모든 상식이 무너지게 된다.