II. 특수상대성이론 -사고실험

다음은 특수상대성이론을 기술한 내용 중 일부입니다.

‘우주선에 타고 있는 A에게 빛은 여전히 초당 30만km로 멀어지는 것처럼 보이며

외부관측자 B에게는 빛과 우주선이 거의 비슷하게 달리는 것으로 보일 것이다.‘

위 내용을 수학 없이 직관적으로 이해하기에는 어려움이 많네요.

참고로 저는 문과를 전공한 80학번입니다^^

주위에 명쾌하게 설명해줄 사람이 없어서 과게에 계신 여러분께 도움 요청합니다.

먼저 다음과 같이 빛과 우주선이 경주하는 가상의 상황을 설정해봤습니다.

가. 인류가 빛보다 정확히 1km/s 느린 속도의 우주선 개발

이에 흥미를 느낀 신이 빛과 우주선의 경주에 심판으로 참여.

나. 완전히 진공 상태인 우주 공간에서 출발지점과 골인지점까지의 거리는 300만km/s

다. 신이 질량이 0인 시계 4개를 준비해서 빛과 우주선내의 관측자 A, 빛의 골인지점,

우주선 골인지점에 각각 하나씩 설치. (4개의 시계는 골인지점에 자동 스톱설정)

라. 신이 4개의 시계를 정확히 12:00:00에 맞춘 다음에 빛과 우주선은 신호에 따라 출발함.

위 기술 중 질량이 0인 시계처럼 자연법칙에 부합하지 않거나 진술이 미흡한 부분은

과학에 대한 저의 지식 부족으로 인한 것이며, 전능한 신이 주관하여

예상되는 모든 변수를 경주에 맞춰서 완벽하게 세팅을 했다고 가정합니다.

위 기술한 내용에서 이해가 될 듯 말 듯한(?) 장면을 가상으로 묘사해봅니다.

골인지점에서 4개의 시계는 각기 대략 몇 시를 가리킬까요?

2. 빛이 달리면서 자기가 찬 시계를 본다면: 어 시계가 고장이 났나? 시간이 안 가네!

3. 우주선내의 관측자 A가 본 빛: 와 여전히 빛은 빛의 속도로 달리는군!

그런데 이해가 안 되네. 이제 1초가 지났는데 벌써 30만km만큼 멀어진거야?

어떻게 저렇게 빨리 달릴 수 있지? 그렇다면 빛은 우리 우주선보다 훨씬 빨리 도착할거야.

4. 외부관측자 B가 본 장면: 빛과 우주선이 비슷하게 달리는군!

거의 동시에 골인하겠네 그렇다면 광속불변이니까 빛의 골인지점에 설치된 시계는

12:00:10이겠고 우주선 골인지점에 설치된 시계도 거의 비슷하게 가리키지 않을까?

시간지연과 길이수축 포함,

여러분이 A와 B의 입장에서 모든 과정을 봤다면 실제로는 어떻게 설명할 수 있을까요?

-관측자 A와B는 빛 즉 광자를 태양만큼 크게 볼 수 있는 안경을 쓰고 있다고 가정합니다.