리처드 파인만의 시간 지연에 대한 설명 양자중력공간 에세이

리처드 파인만은 양자전기역학이한 어려운 물리학의 핵심을 쉽게 풀어낸 공로를 인정받아 노벨 물리학상을 수상한 20세기가 낳은 천재 물리학자이다.
과연 리처드 파인만은 특수상대성이론에 있어서 시간 지연을 어떻게 꿰뚫고 있을까?
그 대표적인 핵심 사항을 적어본다.
여기서는 파인만의 또다른 물리 이야기 p120-121의 글을 인용하였다.

"우주선 안에 있는 모든 시계가 한결같이 느려지면 그 안에 타고 있는 사람은 시계가 느리게 간다는 사실을 확인할 방법이 없다. 이것을 확인하려면 어차피 다른 종류의 시계가 또 필요하기 때문이다. 따라서 등속으로 움직이는 우주선 내부에서는 시계만 느리게 가는 것이 아니라 '시간 자체'가 느리게 간다고 보아야 한다. 즉, 우주선 안에서는 사람의 맥박과 사고작용, 담배에 불을 붙이는 데 걸리는 시간, 심지어는 나이를 먹는 속도까지도 모두 느리게 진행된다. 그러나 이 모든 현상들은 느려지는 정도가 모두 똑같기 때문에 우주선의 내부에서는 시간의 지연현상을 전혀 느끼지 못한다. "

여기서 핵심 내용은 무엇인가? 시계가 느리게 간다는 사실과 아울러 내부 관찰자의 입장에서는 시간의 지연현상을 전혀 느끼지 못한다는 사실이다. 파인만은 매우 중요한 것을 언급한 것이다. 내부 관찰자의 입장에서는 시간 지연 현상을 전혀 느끼지 못하는, 그저 평상시의 일반적인 모습만을 가지고 있다는 것이다. 그런데 실제는 시간 지연 현상이 일어나는데도 말이다.
리처드 파인만은 바로 이러한 시간 지연의 특이한 현상을 특수상대성 이론에 있어서 시간 지연의 본질로 보았던 것이다.

그러면 내부 관찰자의 입장에서 그저 평상시의 일반적인 모습으로만 느끼고자 한다면, 시간 지연 현상만으로 가능할까?

위의 그림에서 보는 바와 같이, 시간 지연 현상이 있을 때, 내부 물체의 움직임에 시간이 지연되었다는 아무런 변화도 못느끼려면, 공간 거리도 동일한 비율로 시간 주기가 팽창한 만큼 팽창해 주면 된다.

바로 세계적인 천재 물리학자인 리처드 파인만의 시간 지연에 대한 날카로운 직관 속에는 바로 시간 지연과 더불어 공간 거리 팽창이 함께 숨쉬고 있다. 시간 지연과 더불어 공간 거리 팽창 즉, 길이 팽창이 동일한 비율로 동반되어야 내부 관찰자는 평상시처럼 아무 일이 없다고 느끼는 반면, 어떤 다른 이상한 느낌도 가질 수 없게 되기 때문이다.

따라서 리처드 파인만의 시간 지연에 깊이 숨어 있는 핵심, 내부 관찰자는 시간 지연에 대한 어떠한 달라진 느낌도 받지못한다는 직관은 바로 본 이론에서 주장하는 바, 시간 주기 팽창과 공간 거리 팽창이 함께 일어난다는 것이 옳음을 단적으로 증명해 준다. 

시간 주기는 팽창되는 데, 공간 거리는 수축한다면, 내부 관찰자는 단번에 시간 지연에 대한 물리적 환경의 달라짐을 알아차릴 수 있게 된다. 이는 리처드 파인만이 주장하는 바와 완전히 다른 것이 된다. 

따라서 리처드 파인만의 시간 지연에 대한 직관 역시, 로렌츠 길이 수축은 움직이는 좌표계의 배경으로 되어 있는 정지한 좌표계의 길이 단위의 수축임을 반증한다. 

 

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