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[레벨:20]chow
read 1029 vote 0 2022.05.28 (01:37:43)

https://youtu.be/3MVIh9Axz4s


위성 GPS의 사례에서 알 수 있듯이, 실제로 그렇다고 하니깐 그걸 분명한 결과로 보고, 

아인슈타인의 상대성이론을 설명하는 예시인 쌍둥이 역설을 통해 설명을 해보자.


먼저 우리의 상식 하나를 뿌셔야 이야기를 시작할 수 있다. 우리는 물체가 움직인다고 생각한다. 그런데 구조론의 사례에 나오듯이 물체는 스스로 움직이지 않는다. 스스로 움직이는 것처럼 보이는 것은 결과적으로 그렇게 된 것이다. 모래시계의 모래가 쏟아지듯이 모래는 그냥 떨어지지 않는다. 내 손의 힘을 사용하여 뒤집어야 떨어진다. 모든 운동에는 반드시 전제가 있다. 그 전제는 어떤 결과로 나타난다. 


물리학의 주요 관심은 전제를 뭘로 표현할 것인가이다. 보통은 에너지라는 말로 표현한다. 물리학에서는 포텐셜이라는 특별한 용어를 쓰는데, 에너지 자체에 포텐셜(잠재적) 성격이 있으므로 굳이 그 표현을 쓸 필요는 없다고 본다. 풍선에 바람을 넣었다가 놓으면 풍선은 공기를 내뿜을 것이다. 마찬가지로 우주공간에 우주선이 움직이고 있다면? 


그 우주선은 어떤 에너지를 소모하며 움직이는 것이다. 즉 움직이는 것은 주변보다 더 높은 에너지를 가지고 있다. 이게 왜 중요하냐면, 쌍둥이역설을 설명할 때 더 빨리 움직이는 형이 더 높은 에너지를 가진다고 안 하고, 단순히 더 빨리 움직인다고만 말하기 때문이다. 이렇게 말을 해버리면 독자는 형은 더 높은 에너지를 가진게 아니라 단순히 더 빨리 움직이는 것으로만 이해할 뿐이다.


이전에도 말한 거지만, 물리학에서의 시간은 뉴턴이 생각한 가상의 기준이다. 어떤 두 물체의 운동을 비교할 때 문제가 되는 것은 상대성의 오류다. 순환논증의 오류와 같다. 순환논증의 오류에 빠지면 우리는 소위 '비교'를 할 수가 없다. 비교하려면 제3의 어떤 것을 가지고 설명해야 한다. 그 제3의 어떤 것이 물리학에서의 시간이다. 거북이와 아킬레스의 속도를 비교하려면 손목시계의 운동이 필요한 것이다.


아인슈타인이 뉴턴과 다른 것은 그 시간과 중력, 그리고 빛의 속도에 연결했다는 것이다. 뉴턴이 그냥 시간이라는 가상의 절대자를 설정한 것과 다르게 아인슈타인은 그 구체적인 대상을 가리킨 것이다. 물론 아인슈타인 혼자 생각한 것은 아니니 맥스웰을 잊지말자. 뉴턴이 범죄현장에 도착하여 피해자와 칼을 보고 범인은 반드시 있다고 말했다면, 아인슈타인은 저놈(중력과 빛)이 범인이라고 한 거.


제3의 어떤 것이 우리 눈에 직접적으로 보이진 않지만, 간접적으로 그것의 존재를 물체의 운동을 통해 드러낸다는 것으로, 우리는 에너지를 설명할 수 있다. 하늘 위에 공을 던져보자. 이내 떨어질 것이다. 운동을 한다. 자 당신은 에너지를 보았는가? 에너지는 석유와 달라서 직접 보이지 않는다. 그러나 우리는 그곳에 에너지가 있음을 분명히 안다. 인간은 추론능력을 가졌기 때문이다. 길가던 사람이 그냥 죽을 리는 없잖아. 죽은 사람을 보면 범인을 떠올린다.


사실 쌍둥이역설을 설명함에 있어 굳이 빛을 끌어들일 필요는 없다. 빛은 제3의 어떤 것, 즉 에너지에 직접 연동되는 것이라 굳이 물리학자들이 가져다 쓰는 것이다. 그것은 인간의 눈에 보여서 직접 측정가능한 것이 때문이다. 중력도 에너지에 연동되지만 이건 잘 안 보이잖아. 괜히 빛을 끌어들이면 인간은 과도한 상상력을 발휘하므로 오히려 이해가 어렵다.


빨리 움직이는 것은 높은 에너지와 연결된 것이라고 볼 수 있다. 눈 앞에 공이 좌에서 우로 1km를 이동했다면 걔는 그냥 이동한 것이 아니라, 어떤 에너지를 소모한 것이다. 자동차가 움직여도 휘발유를 소모하고, 인간이 달리기를 해도 먹은 밥을 소모하는데, 우주공간의 어떤 것이 이동할 때 아무것도 소모하지 않을리가 없잖아.


그런데 내가 아까 뭐랬지? 그 시간이 사실은 에너지를 말하는 것이랬다. 어떤 두 물체의 운동을 비교하고자 제3자의 운동을 들이댄게 시간이라는 것인데, 물리학은 그것을 에너지라고도 하는 것이랬다. 시간이 곧 에너지를 가리킨다는 말이다. 즉 빨리 움직이는 결과를 가지는 어떤 것은 더 높은 에너지를 가지고, 그러므로 그것의 시간은 많다라고도 바꿔 말할 수 있게 된다. 


시간이 천천히 가는 게 아니라, 시간이 많아서 소모하는데 오래 걸리는 것이다. 기름이 많으면 연비운전을 해서 더 먼 거리를 가던지, 아니면 악셀을 밟아서 더 빨리 움직일 수 있던지 하는 것. 기름통의 관점에서 보면 그게 그거다. 그게 물리학에서 말하는 에너지의 정의. 단순히 형이 덜 늙는게 아니라. 늙는다는 것이 에너지를 소모한 것으로 말한다면 아예 틀린 것은 아니겠으나, 시간이 천천히 간다고 하면 인간들이 자꾸만 타임머신을 생각하므로 늙는다는 예시를 드는 것은 좋은 설명의 방법은 아니라고 할 수 있겠다. 


시간 많은 사람은 사실 시간이 많지 않다는게 물리학자의 결론이다. 진짜로 시간이 많으면 농땡이 필 리가 없으므로. 이젠 바꿔 말하자. 시간이 많으면(에너지가 높으면) 빨리 움직이거나 오래 움직인다(연비운전). 빨리 움직이면 시간이 천천히 가는 게 아니라. 전제와 진술을 거꾸로 말하니깐 헷갈린다는 말이다. 순서를 바르게 하면 진실이 보인다. 중요한 것은 에너지로 물질의 운동을 측정하고 비교한다는 것이다. 시계의 움직임으로 측정하면 오차가 생긴다. 같은 층위의 물질운동이므로. 


객관성을 유지하고자 심판을 쓰는데, 심판이 어느 한 선수와 동향이면 문제가 되는 거. 그래서 중력이라는 다른 층위의 기준자를 가져다 비교하자는 게 상대성이론의 핵심이다. 네이버가 뉴스 추천 알고리즘으로 인공지능을 쓴다고 했을 때, 처음에는 사람들이 그럴듯하게 생각한 이유가 이런 거. 사람이면 짬짜미를 하지만 인공지능은 그렇지 않을 것 같잖아. 물론, 그것도 짬짜미지만. 암튼 이렇게 가면 해밀턴역학 이어지고. 엔트로피 연결되고 하는 거.  뉴턴의 시간은 아인슈타인에게 에너지다. 물론 아인슈타인도 그걸 에너지라고 해야할지 잘 몰랐지만.


기름을 넣으면 자동차가 가지만, 자동차가 간다고 기름이 막 생기고 그러진 않잖아. 움직이면 시간이 지연되는 게 아니라, 에너지가 있으면 움직일 수 있다고.

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