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안녕하세요 @chosungyun입니다. 
오늘은 시간 지연 현상에 대해서 다루어 볼까 합니다. 
다들 시간 지연 현상에 대해서는 한 번쯤은 들어보셨죠? 

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영화 인터스텔라에서 딸이 할머니가 되었을 때 아버지가 몇 년이 흐르지 않은 상태로 둘이 만나는 장면이 마지막쯤에 나옵니다. 
이러한 이유는 시간 지연 현상 때문입니다. 
물론 여기서 시간 지연 현상이 발생한 것은 일반상대성이론에 의해서이지만 시간지연을 설명하는 방식은 특수상대성이론과 크게 차이가 없다고 생각됩니다. 다만, 발생 이유는 차이가 있습니다.   

우선, 포스팅을 진행하기 앞서 우리가 인지해야 하는 개념들이 있습니다. 
첫째, 광속은 불변이다. 
둘째, 상대론에서는 동시에 일어난 사건도 관측자에 따라 달리 보인다. 즉, 동시성이 깨진다. 
셋째, 각각의 관성계에서는 동일한 물리법칙이 적용된다. 

위 사항들을 잘 기억하고 본론으로 들어가겠습니다. 
시간 지연이라는 것은 누구의 시간이 지연되는 것일까요? 
영화 인터스텔라에서 지구에 있었던 딸은 할머니가 될 때까지 시간이 흘렀지만 아버지는 몇 년 정도만 흘렀습니다. 
이 사례에서의 시간 지연된 대상은 아버지입니다. 
아버지가 불과 몇 년의 시간을 보내는 사이 딸은 몇십년의 세월을 흘려보냈기 때문입니다. 
그렇다면 왜 이런 시간차가 발생할까요? 

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우리는 다시 사고실험을 해야 합니다. 
이번에도 기차를 떠올릴까요? 뭐 우주선을 하던 아무 상관 없습니다. 저는 기차를 계속 상상하겠습니다. 
빛의 속도로 이동하는 기차 안에 어떤 시계가 있습니다. 
이 시계는 위아래에 거울이 달려 있고 빛을 반사시킵니다. 
그리고 빛은 위아래 반사되면서 왔다 갔다 왕복운동을 합니다. 
즉, 여기서 시계 안의 빛의 이동 방향은 기차의 이동 방향과는 수직입니다. 
기차가 오른쪽으로 이동하고 있다면 시계의 빛은 기차 위아래를 왕복운동 하는 것이죠. 

이 시계 안에서 왕복운동 하는 빛은 광속으로 불변이므로 시계 내부의 일정한 거리를 일정한 속도로 움직이기 때문에 일정한 시간을 나타냅니다. 

저번 포스팅에서의 사고실험과의 차이점은 저번 포스팅은 빛이 이동 방향에 평행했다면 이번에는 수직 방향인 것입니다. 

그럼 우선 기차안에 탑승했을 때 이 시계를 바라보면 어떨까요? 
우리가 바라보는 시계는 1초…2초…3초 똑같이 흐르게 됩니다. 
일정한 거리를 일정한 속도로 움직였기 때문입니다. 

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그런데 이것을 기차 밖에서 우리가 관측을 하고 있다고 생각해보면 이야기가 달라집니다. 
빛은 거울 사이를 왕복운동 하지만 우리가 밖에서 바라보게 되면 이제 기차의 속도(광속)를 고려해주어야 합니다. 
따라서 빛이 아래 거울로부터 반사된 순간에 그 점으로부터 빛이 이동하는 거리를 따라서 선을 그린다면 아래와 같이 빗면처럼 이동하게 됩니다. 

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이렇게 되면 어떻게 되는 건가요? 

기차 안에서 관측한 시계 안에서 빛의 이동 거리가 기차 밖에서 관측하니 커졌습니다. 
관측자의 입장에서의 시간은 더 커진 이동 거리만큼 더욱 커집니다. 
광속은 불변이기 때문에 시간이 커지기 때문이죠. 

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즉, 기차 안에서 1초와 기차 밖에서의 1초를 비교한다면 기차 밖의 1초가 더 큰 것입니다. 

이러한 현상을 시간 지연 현상이라 하고 같은 1초라도 기차 안에서가 상대적으로 더 천천히 흐르게 됩니다. 
이것은 나중에 로렌츠 변환을 사용해서도 확인을 하겠지만 기차가 광속의 0.99C로 움직인다고 가정했을 때 기차 안에서의 10년을 지구에서 관측을 하면 대략 71년 정도의 시간을 보내게 됩니다. 
상대적으로 기차 안의 시간이 매우 천천히 가는 것처럼 보이는 것이죠. 

여기까지가 시간 지연에 대한 내용입니다. 
다음 포스팅에서는 길이수축에 관한 내용을 다루어 보겠습니다. 
오늘은 여기서 포스팅을 마칩니다. 감사합니다!!

 

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#### “*해당 포스팅에 사용한 이미지의 출처는 구글이미지입니다*” </center>

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