공상과학처럼 들리지만 글자 그대로인 말
움직이는 시계는 느리게 간다는 말은 공상과학처럼 들려. 하지만 이 현상은 매일 실제로 적용되고 놀라운 정밀도로 측정되며 작동하는 기술에 쓰여. 물체가 빠르게 움직일수록 그 물체의 시간은 정지한 관찰자와 비교해 더 느리게 흘러. 일상의 속도에서는 차이가 너무 작아 느낄 수 없어. 하지만 빛의 속도의 약 80%에서는 시계가 정지한 시계의 약 60% 속도로 가고, 99.9%에서는 거의 멈춰.
중력도 같은 효과를 만들어. 중력이 강할수록 시간은 느리게 흘러. 해수면의 시계는 산꼭대기의 시계보다 조금 느리게 가. 하루에 10억분의 1초 정도로 아주 작은 차이지만 측정할 수 있어.
GPS가 날마다 보여 주는 증거
휴대폰의 GPS는 지구 궤도를 도는 위성의 신호를 삼각측량해 위치를 잡아. 위성은 시속 약 14,000km로 빠르게 움직이며 지표보다 중력이 약한 곳에 있어. 두 조건은 위성의 시계를 우리 시계와 다르게 만들어. 빠른 속도는 시계를 느리게 하고 약한 중력은 빠르게 하지. 둘은 완전히 상쇄되지 않고 중력의 효과가 더 커서 하루에 약 38마이크로초의 차이가 생겨.
GPS 엔지니어가 이 차이를 무시하면 위치는 하루에 약 11km씩 어긋나. 휴대폰은 실제로 있지 않은 장소에 있다고 판단하고 오차는 매분 커질 거야. GPS가 작동하는 것은 상대성이론이 소프트웨어에 들어 있기 때문이야. 구글 지도를 쓸 때마다 아인슈타인의 식이 펌웨어에 새겨진 체계를 사용하는 셈이지.
이 관점에서 시간은 무엇일까
상대성이론에서는 우주 전체가 공유하는 하나의 시계가 없어. 모든 물체는 자기 시계를 지니고, 자신의 속도와 주변 중력이 정한 비율로 시간을 흘려보내. 빠르게 움직이는 물체의 시계는 더 느리게 움직이는 관찰자의 시계보다 뒤처져. 피하거나 우회할 수 있는 현상이 아니고 착각이나 측정 오류도 아니야. 시간 자체가 각 장소와 물체에 속해 있어.
이 사실은 우주 어디서나 하나의 진짜 "지금"이 있다는 일상적인 믿음을 녹여 버려. 나의 지금, 친구의 지금, 위성의 지금, 원자의 지금은 저마다 자기 속도로 흘러. 인간이 사는 속도에서는 거의 일치하지만 속도와 중력이 커지면 서로 벌어져.
물리학 너머에서도 중요한 이유
이 관점 변화는 앞에서 배운 내 시점은 우주의 닻이 아니다라는 생각과 같아. 모든 것을 맞추는 기준 시계는 없어. 수많은 시계가 있고 각각은 자기 움직임 안에서 옳아. 시간에서도 이 사실을 받아들이면 생각의 범위가 넓어져. 우리가 보편적인 진리라고 믿는 것 가운데 많은 것이 사실은 자기 틀 안에서만 참일지 몰라. 각 시계가 자기 속도로 흐르는 것처럼 말이야.