[일천물] 1. 시간여행 - a

그림 1 - 미드 빅뱅이론의 한 장면（#빅뱅이론 S01-EP14 캡처）

레너드와 친구들이 영화 '타임머신' 의 소품인 타임머신 장치를 구매하고 신나서 시험해보는 장면이다.

(그리고 실제로 작동해버려 겪은 우여곡절이 이 에피소드의 줄거리였지..）

시간여행. 

 

영화 '타임머신' 을 본 이들이라면, 혹은 꼭 그렇지 않더라도 누구나 한번쯤은 상상해 보았을 너무나 유명한 주제일 것이다. 

 

누군가 그런말을 했었지. 

"인간은 후회하는 동물" 이라고. 

그렇기 때문에 시간을 되돌리고 싶다는 생각은 누구나 한 번쯤은 해보았을 것이다.

 

 

수많은 영화로 만들어진 주제이지만 우리는, 아니 과학자들은 정답을 알고있다. 

현재의 인류가 알기로서는 과거로의 시간여행은 절대로 불가능하다.

혹시나 미래의 인류에게는 가능하지 않을까? 하는 희망적인 사람에게 시니컬한 혹자는 이런말을 하곤 한다. 

 

"그럼 왜 그 미래인은 지금 우리를 안 찾아오냐!!"

 

이 글에서는 시간여행에 대해 과학적인 요소들만 살펴볼 예정이다.

그림 2 - 비내리는 날, 달리는 차량의 창밖을 보았을 때의 풍경.（#gluggavedur）

 

 

 

그림 2 와 같이 비내리는 날, 달리는 차에서 창밖을 바라보면 빗물이 기울어져 흐르는 모습을 볼 수 있다.

눈치빠른 이 라면, 그림 2 의 상황은 오른쪽 방향으로 움직이며 사진을 찍었다는 것까지 추리할 수 있다.

(물론 엄청 세찬 바람으로 빗방울이 휘날리지 않는다는 가정 하에서)

 

이것은 바로 '상대속도（Relative Velocity）' 때문인데, 

이렇게 거창한 표현을 하지 않아도 상식적으로 우리 주변에서 쉽게 느낄 수 있다.

예를 들면 고속도로 상행선 차에 타고 하행선을 지나는 차를 바라보면 훨씬 더 빠르게 스쳐지나가는 것처럼.

 

 

상대속도란, 두 물체 각각의 속도에 대해서（심지어 한 쪽이 0인 경우에도!）

상대방이 어떻게 움직이는 것으로 보일까? 에 대한 물리적인 개념이다.

 

구체적인 계산 방법은 단순하다. 단순히 두 속도의 차이로 구해진다.

그림 3 - 상대속도 계산 방법.

 

 

 

 

과학에서 속도는 방향성을 가진 값이다. 

따라서 서로 반대방향으로 움직일 경우 상대속도 값이 커지게 되며, 같은 방향으로 같은 속도의 크기로 움직일 경우는 상대속도가 0이 된다.

그림 4 - 달리는 차에서 같은 속력으로 공을 뒤로 발사하면?（#Mythbusters）

지면에 서있는 우리가 보았을 때, 본래 왼쪽으로 움직이던 차량과 공.

같은 속력으로 공을 오른쪽으로 발사할 경우 서로 상쇄되면서 지면에 서있는 우리에겐 제자리에서 떨어뜨린 것으로 보인다.

 

  

 

1차대전에서 전투기 조종사가 창 밖에서 둥둥 떠다니는 물체가 무엇인가 해서 잡아봤더니

다른 전투기에서 발사한 총알이었다는 일화가 있다.

 

분명, 그 전투기 조종사와 총알은 같은 방향으로 같은 속도로 날아가고 있었을테고,

전투기 조종사와 총알의 상대속도는 0이었을 것이다.

 

 

이는 직관적으로도 잘 이해가 되는 기본적인 상식이며 우리가 아는 한 의심의 여지가 없다.

 

그러나, 이공계 학생들은 고등 2학년 물리1 을 처음 배울때, 이러한 상식을 부정받는다.

결론부터 말하자면, 그림 3 의 상대속도 식은 틀렸다.

(2020. 5. 23. 수정)

*적은지 7년 된 글의 조금 오래된(?) 표현들을 고쳐보았습니다.