상대성이론에 대해 알려면 먼저 아인슈타인이 살았던 시대에 대한 이해가 필요합니다. 열역학과 엔트로피가 증기기관의 발전과 깊은 관계를 갖는 것처럼, 빛의 속도와 물리학에 대한 발달은 기차, 전신과 밀접한 관련이 있습니다. 기차가 나오면 가장 중요한 것은 소위 "원거리 동시성"입니다. 기차길은 하나라면 가는 열차와 오는 열차가 부딪치지 않고자 서로의 같은 출발시간을 공유해야 합니다.

그런데 문제는 어떤 신호건 전달하는데는 시간이 걸린다는 게 문제입니다. 일관성이라도 있으면 좋지만, 가령 소리라면 일관성도 떨어집니다. 날씨에 따른 대기의 밀도에 따라 소리의 전파 속도가 달라지기 때문입니다. 충청도 사람이 시계를 관리하면 큰일 납니다. 아아부우지이 도올 구울러어가아아요오오오오오오오. 하다가 아부지가 돌에 깔립니다. 그래서 찾은 시간 조율 재료가 빛입니다. 빛에 대한 이론을 발표한 아인슈타인이 시계로 유명한 스위스 출생에 특허청에서 일한 경력이 있는 것은 우연이 아닙니다. 

인류에게 시계의 의미는 약속입니다. 구체적인 시간이 아니라, 너와 내가 같은 시간을 공유한다는 의미를 가지고 있으므로 한때 시계는 권력을 상징하기도 했었다죠. 유럽의 오래된 도시의 중심에 시계탑이 있는 이유입니다. 모든 사람들이 시계를 중심으로 약속을 할 수 있습니다. 

시계와 비슷한 게 자scale입니다. 자도 마찬가지로 척도로서 권력을 상징하는 것 중에 하나였죠. 문제는 시간이나 길이가 일관성을 보이느냐입니다. 우리는 단단한 재료로 만들어진 자가 변하지 않는다고, 혹은 정밀하게 만들어진 저울이 변하지 않는다고 생각하지만, 온도에 따라 재료는 늘었다 줄며, 위치에 따라 중력이 다르므로 저울은 일관되지 않습니다. 

시계의 조율도 이와 같습니다. 인류가 기차를 만들어 원거리 동시성에 대한 수요가 생기자 가장 일관성을 보이는 재료를 찾게 되었고, 그게 빛인데, 문제는 당시에(여전히) 빛이 파동과 입자 중 무엇이냐에 대한 논란이 컸다는 겁니다. 입자인 것은 일단 논외고 이중슬릿실험등에 의해 빛이 파동의 성질을 가진다는 것이 밝혀졌는데, 당시 매질로 받아들여지던 것이 가상의 물질인 에테르입니다. 

매질이 뭐가 중요하냐 하겠지만, 문제는 우리가 지구에 살며 지구가 빠르게 회전하고 있다는 겁니다. 지동설에 의해 지구가 도는 것은 잘 알려져 있었죠. 또한 갈릴레이에 의해 운동의 상대성이 잘 알려져 있었으므로 자연스럽게 당시 사람들은 지구가 회전을 하면 빛의 속도에도 상대성이 적용되는 거 아니냐는 의문을 가지게 되었습니다. 

바로 이 지점에서 아인슈타인의 상대성 이론이 시작되었다고 보면 됩니다. 당시에 특허청에는 동시성에 대한 특허가 쏟아지고 있었고, 특허청에서 다른 사람들이 제시한 무수한 아이디어를 읽을 수 있었던 아인슈타인이 빛에 대한 이론을 발표한 거죠. 

그래서 상대성 이론에 늘 등장하는 설명에 빛과 같은 속력으로 달리면 빛은 어떻게 보일까 하는 게 나오는 겁니다. 기차의 비유가 나오는 이유도 마찬가지. 원래 이 이론의 수요가 기차와 전신에 의한 거니깐. 전파와 빛의 속력이 같다는 것도 비슷한 시대에 밝혀졌고. 

아무튼 빛이라면 믿을 수 있었습니다. 가장 중요한 일관성을 가지고 있었기 때문이죠. 그리고 마이컬슨과 몰리의 에테르 존재에 대한 실험에서도 빛은 물질의 운동과 상관없이 일관성을 보였고. 그래서 사람들은 도대체 빛에는 왜 갈릴레이의 상대성이 적용되지 않는지가 궁금해지기 시작한 겁니다. 지구 자전축과 같은 방향으로 전파를 보낼 때와 반대 방향으로 보낼 때 속력이 달라지면 곤란하니깐. 

그래서 아인슈타인이 논문을 써서 물리학의 중심을 시공간에서 빛의 운동으로 바꿔버린 거. 요 정도 이야기 하면 현대 물리학의 큰 줄기를 대강 말 한 게 됩니다. 그리고 기차는 부딪치지 않게 되었습니다. 우주선도 발사할 수 있게 되었고. 위성을 사용한 GPS도 잘 작동하죠. 빛 혹은 전파에 의한 원거리 시계 조율이 있기 때문입니다.

아인슈타인이 천재일까요? 글쎄. 바보는 아니었습니다.