공간은 중력과 관계가 깊습니다. 아인슈타인의 사고 실험에 의하면 우리는 중력의 영향을 받고 있습니다.
이것은 우리가 가속하고 있다는 것과 같은 의미입니다. 가속을 하게 되면 중력의 영향을 받는다는 것입니다. 이런 이유로 발생하는 휘어지는 공간과 중력과의 관계에 대해서 소개합니다.
아인슈타인의 사고실험
아인슈타인의 사고 실험에 대해 간단히 알아봅니다. 하나의 우주선이 하늘에서 내려온 줄에 매달려 있다고 생각해 봅시다. 줄에 매달린 우주선도 마찬가지로 중력의 영향을 받고 있습니다.
그러나 만약에 우주선을 매단 줄이 끊어지면 상황은 달라지게 됩니다. 우주선이 땅에 떨어지기 시작하면 자유 낙하하는 우주선에 중력이 사라지게 됩니다.
중력이 사라진 공간에서 사과를 밀게 되면 사과는 직선으로 움직이게 됩니다. 이 우주선 상태는 무중력의 우주에 있는 것과 같습니다.
지구로 떨어지는 무중력 비행기 안의 사과를 땅 위의 우주선에 바라보면 어떻게 될까요?
땅 위에서 보면 사과의 궤적은 땅쪽으로 휘어지게 됩니다. 보는 시점에 따라 사과가 운동하는 궤적이 달라지게 되는 것입니다.
무중력 상태의 우주선의 움직임
이제 두 우주선이 지구를 벗어났다고 가정해 보겠습니다. 두 우주선 모두 우주 공간에 있습니다.
우주선이 지구를 벗어나면 우주에 있더라도 우주선 내부의 상태에는 변함이 없습니다.
그러면 가속도로 나아가는 우주선 안은 어떻게 될까요? 창밖으로 우주가 보일 뿐 우주선 안은 변함이 없습니다.
우주선이 가속도로 움직이고 있기 때문입니다. 땅 위에 있을 때와 동일한 상태입니다.
여기서 무중력 상태에 있는 우주선을 바라본다면 어떨까요? 무중력 상태의 우주선 안에서 사과를 밀면, 무중력이기 때문에 당연히 사과는 앞으로 나아갑니다.
그러나 가속도로 움직이는 우주선에 보면 조금 다릅니다. 중력의 영향을 받는 것과 같은 공간, 즉 가속도로 움직이는 우주선에서 관찰하면 사과는 곡선을 그리게 됩니다. 빛도 마찬가지입니다.
무중력 공간에서 빛을 쏘면 빛은 직진하게 됩니다. 즉 무중력인 우주선 내부에서 보면 빛은 직진하는 것입니다.
그러나 가속도로 움직이는 우주선에서 보면 무중력 우주선에서 쏜 빛은 휘어져 보이게 됩니다.
가속도로 움직이는 우주선
그렇다면 가속도로 나아가는 우주선 속의 사과는 어떻게 될까요? 사과는 아래로 떨어지게 됩니다.
우주선 바닥이 올라오기 때문에 휘어지면서 떨어지게 됩니다. 그런데 사실 사과가 떨어지는 게 아니라 공간이 변한 것입니다.
빛도 마찬가지입니다. 빛도 휘어지게 됩니다. 중력이 있는 이 공간은 가속하고 있는 우주선과 같습니다. 가속도의 힘이 존재하는 공간, 즉 중력이 존재하는 공간은 모든 물체를 휘게 합니다.
다른 말로 하자면, 질량이 있는 곳에서 공간은 휘어집니다. 태양 주변도 마찬가지입니다.
태양 뒤에서 오는 별빛은 직진하고 있지만 휘어진 공간을 따라오게 됩니다. 지구에서 볼 수 없는 별 사진을 찍은 것도 별빛이 휘어졌기 때문입니다.
중력은 잡아당기는 힘이 아니라 공간이 휘어지기 때문에 생기는 것입니다. 이것이 바로 아인슈타인이 생각한 중력에 관한 진실입니다.