우리는 도대체 몇차원에서 살고 있지?

우리는 도대체 몇차원에서 살고 있지? 

  우리는 흔히 행동이 범상치 않은 사람들을 '4차원'이라고 부른다.

알 수 없는 정신세계를 가졌다는, 비아냥 거리는 투의 말이다.

4차원/Math Stack Exchange

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하지만 이 속에는 작지 않은 모순이 있다.

과연 4차원이라는 차원은 우리와 멀리 떨어진 것일까? 하는 것이다.

그렇다면 1차원부터 한 번 짚어보기로 하자.

중학생 이상이라면 1차원은 선분, 2차원은 평면, 3차원은 공간이라는 것을 너무도 잘 알 것이다.

4차원은 '시공간'이라고 흔히들 알고 있지만, '시공간'이란 것이 무슨 뜻인지 자세히 설명할 수 있는 사람은 많지 않다.

쉽게 말하자면 공간에 시간이 더해진 것으로서, 

우리는 공간에 존재하고 그 공간에는 다음 공간으로 연결될 수 있는 시간이라는 것이 존재한다.

시간이라는 것이 공간과 공간을 연속적으로 이어주는 역할을 한다.

하지만 단순히 그 역할뿐인 것일까?

그것 뿐이라면 재미가 없다. 4차원의 숨은 의미는 지금부터 시작된다.

1~4차원 개념도/Quora

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우리는 '만약에 빛의 속도로 움직일 수 있다면' 하는 가정을 종종 한다. 바로 아인슈타인의 상대성이론(The theory of the  special relativity)을 거론하기 위해서다.

우리가 만약에 빛의 속도로 움직일 수 있다면 우리는 순간이동을 경험할 수 있게 된다.

아인슈타인의 특수 상대성 이론에 의하면 물체가 빨리 움직일수록 그 물체가 속하는 좌표계에서의 시간의 흐름이 느려진다. 빠르게 움직일수록 시간이 점점 느리게 흐르다가 빛의 속도에 도달하면 시간이 흐르지 않게 되는 것이다.

때문에 우리가 빛의 속도로 25광년 떨어진 별에 갔다 온다면, 지구에서 기다리는 사람들은 왕복 50년의 나이를 먹게 되지만, 직접 별에 다녀온 사람은 나이를 하나도 먹지 않게 된다.

알버트 아인슈타인/Wikipedia

포인트는 바로 여기에 있다. 

움직이는 속도에 따라 시간의 흐름이 다르다는 것. 

그리고 지구의 모든 인간들은 평생동안 제각각의 속도를 갖고서 살아간다는 것.

따라서 지구상의 모든 사람들은 다른 시간의 흐름을 갖고 살아간다는 것이다.

우리 모두가 지구의 자전, 공전, 태양계의 운동, 더 나아가 우리 은하, 은하단의 운동에 속해있기 때문에 정말 무한소에 가까운 차이를 갖고 살아가지만, 분명 차이가 있긴 있는 것이다.

그래서 아인슈타인은 '세상의 모든 사람들은 제각각의 시계를 갖고 살아간다'라고 말했다.

특수상대성이론과 일반상대성이론을 아인슈타인이 쓴 것이지, 사실 상대성이론은 그 전부터 존재했다. 

바로 갈릴레이의 상대성 이론이다. 

시간의 개념이 포함되어있지 않아서 뉴턴역학과 우리 상식에 완벽히 부합한다.

이 갈릴레이의 상대성 이론을 아인슈타인의 특수 상대성 이론으로 변환시키는 과정을 로렌츠 변환이라고 부른다.

v는 물체의 운동속도, c는 광속, γ(감마)는 로렌츠 인자이다.

이 로렌츠 인자로써 시간의 팽창, 운동하는 물체의 부피팽창을 예견할 수 있다.

v를 c로 무한히 가깝게 보내면 로렌츠 인자는 무한대로 향한다. 시간의 흐름이 무한대로 향한다는 의미이다.

결론은 우리가 사는 세상은 4차원이며, 

그 4차원은 단순히 공간과 그 공간을 연속적으로 이어주는 시간이 존재하는 4차원이 아니라

운동속도에 따라 시간의 흐름과 부피의 정도가 변화하는 4차원이라는 것이다.

단순한 내 개인적인 주장이 아니라 대학교 물리학 전공과목에서 배우는 내용이다. 

우리가 사는 세상은 4차원이라는 것!

출처: http://etoiles.tistory.com/entry/우리가-사는-세상은-몇차원인가 [Lucid_Fall]

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