2-3. 쌍둥이 역설 — 우주여행을 다녀오면 동생이 형보다 늙는다?

👫 진짜 이런 일이 벌어질 수 있을까?

쌍둥이 형제 민수와 민호가 있어. 둘은 같은 날, 같은 시각에 태어났어. 열다섯 살이 된 어느 날, 민수가 빛의 90% 속도로 달릴 수 있는 초고속 우주선에 올라타. 먼 별까지 다녀오겠다며 출발한 거야.

민수가 우주선 안에서 느끼기에 딱 10년이 흘렀어. 민수는 스물다섯 살이 되어 지구로 돌아왔어.

그런데 착륙해서 문을 열고 나왔더니 — 민호가 서른여덟 살이 되어 있어!

민수: "형, 나 10년 만에 돌아왔어!" 민호: "무슨 소리야, 난 23년을 기다렸는데!"

같은 날 태어난 쌍둥이인데, 민수는 25살이고 민호는 38살이야. 동생이 형보다 13살이나 늙어 있어. 이런 일이 정말 가능한 걸까?

정말이야. 이건 SF 영화의 설정이 아니라 물리학이 확실하게 예측하는 결과야.

하지만 잠깐 — 여기에 아주 꼬인 문제가 하나 숨어 있어. 이것 때문에 이 문제는 100년이 넘도록 사람들의 머리를 아프게 만들었어.

지금까지 알아낸 것

앞의 두 절에서 우리는 특수상대론의 핵심을 배웠어:

1. 시간 지연: 빠르게 움직이는 물체의 시간은 가만히 있는 사람이 볼 때 느리게 흐른다.
2. 길이 수축: 빠르게 움직이는 물체는 움직이는 방향으로 짧아져 보인다.
3. 이 두 현상은 "빛의 속도가 항상 같다"는 원리에서 나온 것이고, 실험으로 확인되었다.

시간 지연이 진짜라면, 빠른 우주선을 타고 여행을 다녀온 사람은 지구에 남아 있던 사람보다 덜 늙어야 해. 여기까지는 논리적으로 자연스러워.

그런데...