Page 114 - 고경 - 2021년 5월호 Vol. 97

광속 불변과 동시성 광속이 일정하면 어떤 일이 생기는지를 살펴보
자. 상당히 긴 우주선이 정지해 있으며, 우주선의 맨 앞과 뒤에는 각각 빨
간색과 파란색의 전등이 있다. 우주선 안에는 두 전등의 중간에 관측자

0in(0inside)이 있고 우주선 밖에는 0in 바로 옆에 관측자 0out(0outside)이

서 있다고 하자. 전등이 순간적으로 반짝하면서 빛을 발하고 나서, 빨강과
파랑의 두 빛이 0out에게 동시에 도달했다면 바로 옆에 있는 0in에게도 동
시에 도달할 것이다.

우주선이 빠르게 움직이면 상황이 달라진다. 전등이 빛을 발하고 나서,

두 빛이 0out에게 동시에 도달했다 하자. 이때 움직이는 0in은 0out보다
앞에 가 있게 된다. 시간이 지나면서 0in과 빨간 전등 사이의 거리는 짧아
지고, 0in과 파란 전등 사이의 거리는 길어진다. 움직이는 0in에게도 광속

도가 같으므로, 0in은 빨간빛을 먼저 보고 파란빛을 나중에 보게 된다. 1)

따라서 0out은 두 빛이 동시에 반짝였다고 생각하지만, 0in은 빨간빛이
먼저 반짝였고 파란빛이 나중에 반짝였다고 생각한다. 만약 이 우주선과
반대 방향으로 움직이는 우주선이 있다면, 그 우주선의 탑승자는 파란빛

이 빨간빛보다 먼저 반짝였다고 생각할 것이다. 이처럼 광속이 일정하다면

두 사건의 동시 관계 내지는 선후 관계가 관측자의 운동 상태에 따라 달라
진다. 이를 동시성Simultaneity의 문제라고 한다. 관측자의 운동 상태에 따
라 시간이 달라진다.

동시성의 문제는 물체의 길이도 달라지게 한다. 길이는 물체의 양 끝의

위치를 동시에 측정하므로 알 수 있다. 그런데 두 관측자의 동시 관계가 서
로 다르므로, 한 물체의 길이를 두 사람이 서로 다르게 측정하게 된다. 물

1) 갈릴레이의 상대론에 따라 빛의 속도가 달라진다면, 두 빛은 0in에게도 동시에 도달한다.

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