사건의 동시성

 

 

 

위 그림을 보자. 그림에서 한 우주선은 오른쪽으로 운동하고 있고 한 우주선은 정지해 있다. (운동하고 있다거나 정지하고 있다는 것은 한 이 화면을 보고 있는 사람의 입장에서 하는 말이고 절대적으로 규정할 수는 없다고 상대성 원리에서 말한 바 있다) 두 우주선이 스쳐 지나갈 때 마침 우주선의 머리와 꼬리 부분에 운석이 떨어져 불꽃을 내게 되었다. 이 두 사건(event)가 동시에 일어났을까?

 

 

 

 

위쪽 우주선 A에서는 항상 두 사건이 동시에 중앙에 있는 관측자에게 관측된다는 것을 알 수 있다. 우주선에 운석이 충돌되는 사건이 일어난 두 지점이 중앙의 관측자로부터 같은 거리 떨어져 있고, 그 사건이 일어나는 장면이 같은 시간 후 관측자에게 도달한다는 것을 알고 있으므로 관측자는 그것이 자기가 관측한 시점으로부터 몇 초 전에 동시에 일어났다고 말할 수 있는 것이다. 이는 비록 관측자가 중앙에 있지 않아서 두 사건이 시차를 두고 관측된다 하더라도 그 사건이 일어나는 지점과의 거리 차이에서 시차가 오는 것이라는 것을 감안하면 역시 동시에 사건이 일어났다고 말할 수 있을 것이다.

그러나 아래 우주선 B에서는 사정이 달라진다. 이 우주선은 오른쪽으로 움직이고 있으므로 자기 우주선의 양 끝에서 충돌시 생긴 펄스가 동시에 도달하지 못하고 앞에서 생긴 펄스가 더 빨리 도착한다. 관측자는 자기가 두 사건이 일어난 지점의 중앙에 있는 줄 알고 있는데다가 빛의 속력은 어떤 상황에서도 일정하므로 앞의 충돌이 뒤의 충돌보다 먼저 일어난 사건인 것으로 인식하게 된다. 이 시차는 우주선이 빨리 움직일수록 더 커진다는 것을 위 그림을 반복해서 관측해보면 알 수 있다.
 

 

두 사건이 동시, 즉 같은 시간에 일어났는지는 그 사건을 관측하는 관성계에 따라 달리진다는 것을 알 수 있다. 그리고 동시에 일어나지 않은 두 사건의 시차도 빛의 속력이 일정하다는 것을 이용하여 계산해 낼 수 있을 것이다.