우라시마 효과

1 개요

일반상대성 이론과 관련된 일본의 용어.

1957년 창간된 SF 동인지인 《우주진(宇宙塵)》의 제작자인 시바노 타쿠미(柴野拓美)가 옛 우화인 '우라시마 타로 이야기'와 '쌍둥이의 역설'이 비슷하다는 점에서 착안해 명명한 것으로 알려져 있다. 정확하게 내용을 따져 보면 쌍둥이의 역설과 직접 관련있는 것은 아니고, 쌍둥이의 역설을 유발한다고 가정된 상황 설정이 우라시마 타로 설화와 유사하다. 참고로 우라시마 효과라는 용어가 공식적으로 쓰이는 학술용어는 아니니 착각하지 말자.

일반적으로 서구권에는 1820년 워싱턴 어빙이 발표한 단편집 《스케치북》에 나오는 인물인 '립 밴 윙클'의 이름을 따서 '립 밴 윙클 효과'로 알려져 있다.

2 우라시마 타로 설화[1]

'우라시마 타로 이야기'는 우라시마라는 사람이 갈굼당하고 있던 거북이를 구해주고 그 보답으로 용궁에 가서 용궁 순회 관광코스를 밟은 후 지상으로 돌아왔더니 이미 다들 늙어서 자기를 못 알아보는 이야기. 알고 보니 용궁은 시간이 느리게 간다고 한다.

이후 용궁에서 받아온 보석상자를 열자 거기에서 연기가 나서 그도 순식간에 노인이 돼버렸다.[2]

2.1 세계의 유사 설화들

한국이나 중국의 신선계에서 하루 바둑두고 돌아오면 이미 시간이 한참 지나갔다는 이야기도 같은 맥락으로 보인다. 그래서 우리식은 '신선놀음 효과'라고 해야 할 것 같다(...)속담으로도 '신선놀음에 도끼 자루 썩는 줄 모른다.'가 있다. [3]

속담의 옛이야기 버전에서는 한 나무꾼이 깊은 산에서 나무 한짐 하고 나서 멀리 바위에서 문명바둑을 두는 두 노인을 보고 한숨 돌릴겸 나뭇짐과 도끼를 얹은 지게를 세워 놓고 바둑 구경을 했다. 그러자 한 노인이 나무꾼에게 먹는게 좋을거라며 환약을 줬다. 환약을 삼킨 나무꾼은 바둑 구경을 계속 했다. 문득 나무꾼은 나무를 가지고 돌아가야 겠다고 생각하고 세워 놓은 지게로 돌아와 도끼를 집어드는 순간 도끼자루는 썩어서 순식간에 바스러지고 녹슨 도끼날이 떨어지자 지게와 나뭇짐도 순식간에 바스러져 버렸다. 사실 그 노인들은 산신령들이었고 나무꾼은 자기도 모르게 선계를 넘어갔다가 돌아오면서 현실에서는 도끼자루가 썩어 바스러질 정도로 엄청난 시간이 흘렀다는 다소 섬짓한 결말. 시간을 달리는 나무꾼.

뒷이야기가 더 나오는 책도 있는데, 그 나무꾼이 자기 집으로 돌아가자 전혀 듣도 보도 못한 사람들이 자기 집을 차지하고 살고 있었다. 나무꾼은 전혀 듣도 보도 못한 사람들이 자기 집을 차지하고 있으니 어리둥절했고, 그 집에 살고 있던 사람들도 왠 듣보잡이 와서 자기 집이라고 우기니 그저 황당할 뿐이었다. 그런데 그 나무꾼이 자기 이름을 밝히자 그 집에서 가장 나이 많은 노인이 기억을 더듬더니 '우리 증조부님이 그런 이름이었는데, 그 어른이 젊은 시절 나무를 하러 산에 들어갔다가는 그대로 돌아오지를 않았었다고 들은 적이 있다' 는 말을 한다. 자기가 집을 떠날 때는 (당연히) 태어나지도 않았던 증손자가 노인이 될 정도의 세월이 지난 현실에 나무꾼이 절망하며 이야기는 끝난다.
또는 집에 자기 이름을 새긴다
이런 이야기는 나라마다 꽤 있다. 영국에서 전해지는 이야기를 보자.

헬라 왕이 드워프 왕을 만나 초대를 받게되어 몇몇 기사들을 데리고 드워프 나라에 가서 사흘동안 머물면서 잘 대우받았다. 그런데 집으로 돌아오려고 하니 드워프들이 내준 말은 자신들이 사흘 전 타고 온 말이 아니었다. 그래도 말은 매우 고급명마들이라 타고 나가는데, 드워프 왕이 개를 한마리 내주면서 이 개가 멈춰서지 않으면 절대로 말에서 내리지 말라고 하는 것 아닌가. 왕과 기사들은 알았다면서 그 개를 데리고 드워프 나라를 나왔다. 그런데 뭔가 오던 길이 이상했다. 아무리 봐도 여기가 어딘지 몰라 두리번거리는데, 마침 어느 양치기 노인이 양들을 이끌고 지나기에 말 위에서 여기가 어디냐고 물어보니 그 노인은 전혀 이상한 이름을 대는 것이 아닌가.

놀란 왕과 기사들은 자신들의 나라 이름을 말하는데 노인은 처음에는 몰라하다가 곰곰히 생각하더니 말하길 "아, 그 이름은 한 3백년전에 있던 나라 이름이오. 오래전 거기 왕이 무슨 잔치인가로 가서 돌아오지 않아 왕비는 왕을 기다리다가 절망 끝에 죽었다던가 들었소. 벌써 그 나라는 예전에 멸망했지요." 이 말에 왕과 기사들은 자신들이 지낸 드워프 세계의 사흘이 3백년이라는 걸 알고 기겁했다. 드워프 왕이 준 개는 멈추지 않고 계속 주변을 달리고 있었는데, 한 기사가 말에서 내리자마자 고통스러운 비명을 지르면서 흙같이 변해 사라지는 거 아닌가. 결국 왕과 기사들은 말에서 내리면 자신들이 한꺼번에 3백년 나이를 먹게 되는 걸 알고 그 개를 따라가면서 개가 멈춰설때만 잠깐 말에서 내릴 수가 있었다

이런 이야기가 전해진다. 또는 그 개는 영원히 멈추지 않아서 왕과 기사들은 다시는 말 위에서 내려오지 못하고 계속 달리면서 지내다가 식사나 여러가지를 말 위에서 해결하면서(...) 그냥 그렇게 나이들어서 죽게 되었다는 이야기도 있다.설마 이거 광속으로 달리는 우주선을 예견한건가 아무튼 이상한 곳에 가서 잠깐 있다보니 바깥은 수백년이 지났다는 이야기는 꽤 많다는 것.

3 특수 상대성 이론과의 관련성

쌍둥이 중의 형은 외우주의 별을 다녀오는 우주여행을 떠났고 동생은 지구에 남았다. 쌍둥이 형은 빛의 속도의 80%나 되는 빠른 속도로 지구에서 10광년 떨어진 별까지 다녀왔다고 하자. 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 상대적으로 천천히 가기 때문에 우주 여행을 하고 있는 쌍둥이 형은 겨우 15살을 먹었을 뿐이다. 즉 형 +15살, 동생 +25살.

형과 동생이 헤어졌다가 다시 만났는데 둘이 서로 다른 길이의 세월을 거쳐 왔다는 아이러니한 이야기. 여기까지가 우라시마 효과 혹은 립 밴 윙클 효과다.

여기까지만 들어도 충분히 아이러니하고 역설처럼 들리겠지만, 특수 상대성 이론에 따르면 광속에 가까운 속도로 여행하는 우주선에서 시간이 느리게 흐르는 것은 역설도 뭣도 아니고 매우 당연한 일일 뿐이다. 즉 이상의 이야기에서는 논리적 모순이 없기 때문에, 우라시마 '효과'라고 부를 뿐 '역설'이라고 부르지 않는다.

우리의 일상생활에서야 경험할 일이 없지만 중력장에 의한 시간의 지연은 실제 실험에서도 관측되는데 빠른 속도로 지구를 도는 위성에서의 시간 지연이 대표적이다.

3.1 쌍둥이의 역설

역설은 형의 입장에서 관측한 동생의 나이와, 동생 자신의 입장에서 관측한 동생의 나이가 다를 수 있다는 데서 발생한다.

앞서 설명한 우주여행의 상황에서, 형의 관점에서 관측하면 지구의 쌍둥이 동생이 똑같이 뒤로 달리고 있으므로 지구의 시계가 천천히 간다. 따라서 여행하는 쌍둥이 형의 시계가 15년을 가는 동안에 지구의 시계는 9년 간 것으로 관측된다. 다시 말해 자신은 15살 먹었고 지구의 쌍둥이 동생은 9살 먹은 것으로 관측할 것이다.

형의 입장에서는 동생의 시계가 천천히 가고, 동생의 입장에서는 형의 시계가 천천히 가는 것으로 보일 것이기 때문에, 두 형제가 다시 만났을 때 누가 더 나이 든 것처럼 보일 것인지 말할 수 없다! 이것이 바로 쌍둥이의 역설.

그러나 실제 아광속 항행 시에 이런 역설은 발생하지 않는다. 형은 자신이 15살을 먹는 동안 동생은 9살을 먹는 건 맞다. 하지만 형의 경우는 필연적으로 역방향으로 가기 위해서 어마어마한 감속과 가속을 거치게 되므로, 그 짧은 시간이 동생에게 16년이 더 흐른처럼 느껴지는 것이다. 그 때문에 형은 동생이 순식간에 +4.5살이 아닌 16살을 더 먹은 +20.5살로 보이게 된다. 그리고 다시 자신이 7.5살 먹을 동안 동생이 4.5살을 더 먹으면 형은 +15살, 동생은 +25살.

속도만 고려했을 때는 형이 본 동생이나 동생이 본 형이나 똑같은 속도로 멀어지는 것처럼 보이지만, 가속도까지 고려하게 되면 형만 가속도를 받고 동생은 가속도를 받지 않기 때문에, 실제로 둘의 입장은 대칭이 아니게 되는 것이다.

비교적 간단하게 설명되어있어서 이해가 잘 안되거나, 좀더 정확히 알고 싶으면 네이버 캐스트의 '쌍둥이의 역설'을 참고하자. 더 상세하게 설명되어 있다. #

4 대중매체에서의 우라시마 효과

톱을 노려라! 건버스터가 우라시마 효과로 유명하다. 적용중에 시간이 느려지므로 픽션에서는 다양하게 감동적인(혹은 비극적인) 연출이 가능하다.

  1. ↑ 은혼/용궁편의 모티브이기도 하다.
  2. ↑ 노인이 됬다는 말도 있고, 용궁에서 있었더니 300년이 지나서 마을이 사라지고 돌아와서 상자를 여니 학이됬다는 이야기도 있다.대신 보석 가지고 다른 노인들하고 잘 놀았다는 훈훈한 결말…인가?(…)
  3. ↑ 손오공에서도 천상의 하루는 하계의 백년이란 식의 드립이 나온다. 무려 36500배 정확히는 36524.25배
  4. ↑ 한국에서는 러쉬맨이라고 나왔다.