시간의 상대성을 다룰 때 자주 등장하는 이야기가 쌍둥이 역설이다. 쌍둥이 중의 형은 별나라를 다녀오는 우주여행을 떠났고 동생은 지구에 남았다. 우주여행을 떠난 쌍둥이 형은 빛의 속도의 80%나 되는 빠른 속도로 지구에서 10광년 떨어진 별까지 다녀왔다고 하자. 쌍둥이 형은 지구를 출발하자마자 빠른 속도로 가속하여 빛의 속도의 80%나 되는 빠른 속도에 이르렀고 별나라에 도착한 후에는 아주 빠르게 방향을 바꾸어 지구를 향하여 빛의 속도의 80%로 달리게 되었다. 지구 가까이에 와서는 다시 빠르게 속도를 줄여 지구에 착륙하여 쌍둥이 동생을 만났다고 했을 때 두 쌍둥이 중 누가 더 나이를 먹었을까?
지구에 남아 있는 쌍둥이 동생의 시계로 측정했을 때 쌍둥이 형이 별나라까지 가는 데는 12.5년이 걸리고 다시 지구로 돌아오는 데도 12.5년이 걸린다. 따라서 여행을 하고 돌아오는 동안에 지구의 쌍둥이 동생은 25살의 나이를 먹게 된다. 그러나 지구의 쌍둥이 동생이 우주여행을 하고 있는 쌍둥이 형의 시계를 관측하면 시계가 천천히 가기 때문에 우주 여행을 하고 있는 쌍둥이 형은 겨우 15살을 먹었을 뿐이다.
그러나 우주여행을 하고 있는 쌍둥이 형의 입장에서 보면 전혀 다른 결과가 나온다. 우주여행을 하고 있는 쌍둥이 형이 볼 때 자신이 여행하여야 할 거리는 10광년이 아니다. 특수상대성이론에 의하면 다음의 식에 의해 거리가 줄어든다.
따라서 우주여행을 하는 쌍둥이 형의 입장에서 보면 별나라까지의 거리는 10광년이 아니라 6광년이 된다. 이 거리를 왕복(12광년)하는데 걸리는 시간은 15년이다. |