영화 '버즈 라이트이어' (토이스토리) 에서 나오는 특수상대성 이론에 대하여

영화 버즈라이트이어는 토이스토리의 스핀오프 작품으로 토이스토리에서 나오는 남자아이 앤디가  '버즈 라이트이어'라는 영화를 보고 나서 버즈가 가장 좋아하는 장난감이 되었습니다. 바로 앤디가 보았다는 그 영화가 바로 '버즈 라이트이어'이고 애니메이션이지만 아인슈타인의 특수 상대성 이론이 등장합니다. 영화에서 그려진 특수 상대성 이론이 어떻게 등장하는지 함께 살펴보도록 하겠습니다. 

 

 

 

 

목차

 

 

 

버즈 라이트이어의 간단한 줄거리

2022년 6월에 개봉한 픽사 애니메이션 영화 '버즈 라이트이어'는 토이스토리 시리즈의 주인공 버즈 라이트이어의 원작을 다룬 작품입니다. 

 

영화의 배경

1200명의 탐사대원을 태운 우주선이 미확인 행성을 발견하여 탐사를 하기 위해 착륙을 하게 되면서 이야기가 시작이 됩니다. 예상하지 못했던 위험에 직면하게 되었고 행성 내에 살고 있던 생물과 거대한 벌레들의 공격을 받게 되면서 생존을 위한 긴 여정이 시작됩니다. 

 

버즈의 임무

우주선의 동력원으로 사용되던 하이퍼 크리스탈이 파괴되면서 지구를 돌아갈 수 없게 되자 미확인 행성에서 거주할 것이냐 아니면 새로운 하이퍼 크리스털을 만들어 낼 것이냐의 고민 속에서 행성 내의 다양한 자원들로 인해 우주선을 수리하게 되었고 크리스털도 만들 수 있게 되었습니다. 하지만 크리스털의 안정성을 확보하기 위해 버즈는 시험비행을 하게 됩니다. 

 

영화 버즈 라이트이어 속 특수 상대성 이론

버즈가 시험 비행 중 빛의 속도의 70%에 도달하는데 성공하지만 우주선의 불안정한 상태에 놓이게 되고 실패를 하게 됩니다. 첫 테스트 실패 후 기지로 돌아온 버즈는 놀라게 됩니다. 자신은 고작 4분의 시간 동안 시험 비행을 했을 뿐인데 정착촌의 사람들의 시간은 무려 4년이나 흘러버렸기 때문입니다. 이는 아인슈타인의 특수 상대성이론인 빛의 상대적 속도와 중력에 따라 시간이 어떻게 경과하는지 설명하는 이론으로 영화에서는 광속 비행에 따른 시간의 변화를 다루고 있습니다. 

 

이후 버즈는 10여차례 테스트를 하게 되는데 자신의 시간은 그대로이지만 주변의 사랑하는 사람들은 늙어서 하나둘씩 사라지게 됩니다. 하지만 정착인들의 행성 탈출을 위한 버즈의 도전은 멈출 줄 모릅니다. 

 

 

 

아인슈타인의 특수 상대성 이론이란? (어린이 시점)

 

빛의 속도는 항상 일정하다.

만약 빛의 속도가 100이라면,

세상에서 가장 빠른 차가 10으로 달린다면 빛과 함께 달려도 차 안에서 빛을 바라보면 100으로 달립니다.
차 밖에서 차와 빛을 동시에 바라봤을때 차는 10으로 달리고 빛은 여전히 100으로 달립니다. 

그럼 차 속에서는 빛이 90으로 보여야 하는 게 아닐까요?

정답은 아닙니다. 여저시 빛의 속도는 차 안에서도 100이에요.

따라서 속도가 갔다면, 차 밖에서 차 안을 들여다 보았을때 시간이 상대적 느리게 갑니다. 

 

특수 상대성 이론의 세가지 주요 개념

• 시간 : 시간은 모두가 아는 것이죠. 시계로 시간을 측정하고 우리 일상생활에서 사용해요.
• 공간 : 공간은 우리가 사는 세상입니다. 집, 학교, 공원 모든 장소가 공간이에요.
• 광속: 광속은 빛의 속도입니다. 빛은 매우 빨리 움직여요, 빛의 속도는 30만 Km/초로 여행을 해요.

아인슈타인은 빛의 속도가 항상 일정하다고 생각했어요. 즉 어떤 물체가 어떤 공간을 이동하면서 시간이 흐를 때 그 물체에 따라서 빛도 움직이는 속도가 변하지 않아요. 

 

 

재밌는 실험

두 명의 친구가 넓은 운동장에 서 있어요. 한 명은 자전거를 타고 빠르게 움직이고, 다른 한 친구는 가만히 서서 렌턴을 들고 같은 조건의 빛을 쏘는 상황입니다. 이론에 따르면 두 친구는 렌턴으로 빛을 쏘았을 때 같은 속도로 도달해야 해요. 즉 서 있는 친구도 자전거를 타고 움직이는 친구도 똑같은 빛 속도를 가지고 있어요.

여기서 질문! 이 두 친구를 멀리서 보고 있는 또 다른 친구가 봤을 때 자전거 속의 친구와 그냥 서있는 친구는 어떻게 보일까요?

 

정답은 자전거에서 이동하는 친구가 서 있는 친구보다 느리게 보입니다.

 

 (렌턴의 빛은 같은 속도로 도달해요!)

자전거를 타고 있는 어린이는 자신의 시간은 정상적으로 흐르고 있다고 느낄 것입니다. 하지만, 자전거 밖에서 이 실험을 보고 있는 사람은 자전거를 타고 있는 어린이의 시간이 느리게 가는 것처럼 보일 것입니다.

이는 특수 상대성 이론의 기본 가정 중 하나인 관찰자의 상대성 때문입니다. 관찰자의 상대성은 관찰자의 속도에 따라 시간의 흐름이 달라진다는 가정입니다. 따라서, 자전거 밖에서 이 실험을 보고 있는 사람은 자전거를 타고 있는 어린이의 시간은 느리게 흐르고 있다고 보게 됩니다.

이러한 현상은 빛의 속도가 절대적이라는 특수 상대성 이론의 기본 가정과, 관찰자의 속도에 따라 빛을 보는 각도가 달라진다는 관성의 법칙이 결합된 결과입니다.

따라서, 자전거를 타고 있는 어린이는 자신의 시간은 정상적으로 흐르고 있다고 느낄 것입니다. 하지만, 자전거 밖에서 이 실험을 보고 있는 사람은 자전거를 타고 있는 어린이의 시간이 느리게 가는 것처럼 보일 것입니다.

이것이 바로 아인슈타인이 말하는 특수 상대성 이론이에요. 시간과 공간이 어떻게 서로 연결이 되어 있는지 설명했어요. 즉 빠르게 움직이는 물체에서는 시간이 느려지고 공간도 약간 변하게 되는 것입니다. (여전히 어렵네요)

 

 

 

정말 자주 묻는 질문들

 

버즈 라이트이어는 어떻게 42년 동안 시간의 흐름을 느끼지 못했을까요?

버즈 라이트이어는 하이퍼 크리스털을 이용해 빛의 속도로 움직였습니다. 빛의 속도로 움직이는 물체는 시간의 흐름이 느려지거나 멈추게 됩니다. 따라서 버즈 라이트이어는 하이퍼 크리스탈을 이용해 빛의 속도로 움직였기 때문에 42년 동안 시간의 흐름을 느끼지 못했던 것입니다. (단지 사랑하는 사람들이 늙는 것을 보고 시간이 상대적으로 많이 흘렀음을 알 수 있었습니다.)

 

시간의 상대성은 우주선 안에서만 발생하는 현상일까요?

아닙니다. 시간의 상대성은 우주선 안뿐만 아니라, 모든 물체에 적용되는 현상입니다. 움직이는 물체는 정지해 있는 물체보다 시간의 흐름이 느리게 됩니다. 따라서 버즈 라이트이어가 하이퍼 크리스털을 이용해 빛의 속도로 움직였기 때문에 지구에서의 시간과 행성에서의 시간이 다르게 흐르게 된 것입니다.

 

시간의 상대성은 실제로 검증된 이론인가요?

시간의 상대성은 실제로 검증된 이론입니다. 1905년 아인슈타인이 발표한 특수 상대성 이론은 이후 다양한 실험을 통해 검증되었습니다. 그중 가장 유명한 실험은 마이크로파를 이용한 시간 측정 실험입니다. 마이크로파는 빛과 같은 속도로 움직이므로 움직이는 물체에서 방출된 마이크로파는 정지해 있는 물체에서 방출된 마이크로파보다 시간의 흐름이 느리게 됩니다. 이 실험을 통해 시간의 상대성 이론이 실제로 검증되었습니다. 

 

 

 

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