美연구진, 원자시계로 상대성 이론 입증

고도가 높을수록 시간이 빠르게 간다는 아인슈타인의 상대성 이론이 일상생활에서도 사실인 것으로 확인됐다고 영국 일간 인디펜던트 인터넷판이 24일 보도했다.

아인슈타인의 상대성 이론은 시간과 공간은 항상 일정한 것이 아니며 유일한 상수는 빛의 속도뿐이라고 본다.

따라서 시간은 관찰자의 위치와 운동속도에 따라 더 빠르게 혹은 더 느리게 흐르게 된다.

인디펜던트 보도에 따르면 미국의 국가 표준기관인 표준기술연구소(NIST) 제임스 츤-원 처우 박사팀은 원자시계를 이용해 시간을 비교 측정한 결과 고도가 높을수록 시간이 빨리 흐르는 것으로 나타났다고 과학 학술지 ‘사이언스’에 최근 발표했다.

원자시계는 전기장 속에 있는 알루미늄 원자의 미세한 진동을 기준으로 시간의 흐름을 측정하는데, 지금까지 개발된 시계 가운데 가장 정확하게 시간을 측정할 수 있다.

원자시계의 오차는 37억년에 1초 미만에 불과할 정도로 정확하기 때문에 아인슈타인이 예상했던 대로 고도에 따라 시간이 달리 흐르는 미세한 차이를 확인할 수 있었다고 연구팀은 설명했다.

처우 박사는 “원자시계를 지표면에 가까이 놓으면 인력이 더 크게 작용해, 고도가 높은 지점에 위치한 시계에 비해 시간이 더 느리게 가게 된다”며 “이번 원자시계 연구결과는 아인슈타인의 이론과 맞아떨어진다”고 설명했다.

이번 연구 결과에 따르면 사는 곳의 위치가 매 1피트(30.5㎝) 높아질 때마다 일생(평균 79년으로 가정)에 걸쳐 10억분의 90초씩 더 빨리 나이를 먹는 것으로 파악됐다.

연구진은 또 빠르게 우주를 여행하는 것과 유사한 조건에 있는 원자시계가 지상에 있는 시계보다 더 느리게 간다는 것도 확인했다.

이는 아인슈타인의 특수 상대성 이론을 설명하기 위한 사고(思考)실험인 ‘쌍둥이의 역설’을 실제로 입증한 것이다.

쌍둥이 역설이란 쌍둥이 중 1명이 빠른 속도로 우주여행을 다녀온다면 지구상에 계속 머물러 있던 다른 1명보다 나이를 천천히 먹게 된다는 것이다.

과학 저술가인 마커스 초운은 이번 연구와 관련 “상대성이 이론이 일상생활과 무관하며 소수만을 위한 난해한 과학이라는 고정관념을 깨고, 단지 한 발짝만 높은 데 살더라도 더 빠르게 늙는다는 사실을 생생하게 입증했다”고 평가하고, “이번 연구 결과는 오래 살고싶다면 (펜트하우스가 아니라) 방갈로를 사라는 메시지를 준다”고 말했다.

한편 아인슈타인이 자신의 직장인 베른의 특허사무소에 앉아 있던 중 갑작스럽게 떠오른 생각이 중력과 가속도에 대한 이론을 발전시키는 시발점이 됐다고 신문은 전했다.

그는 “갑자기 이런 생각이 떠올랐다. 자유낙하를 하는 사람이 있다고 가정하면 그 사람은 자신의 몸무게를 느끼지 않게 된다. 나는 깜짝 놀랐다. 이 간단한 사고실험은 나에게 깊은 인상을 남겼다”고 1907년 기록했다.

이후 아인슈타인은 일반 상대성 이론을 발표했다.

그는 중력이 곧 가속을 뜻한다는 간단한 개념으로부터 시계에 작동하는 중력이 강할수록 시간 그 자체가 더 천천히 흐르게 된다고 결론을 내렸다.

연합뉴스