상대성 이론과 양자역학에 관한 궁금증

상대성 이론에서 물체가 빛의 속도로 움직일 경우 상대적으로 멈춰 있는 곳에서 바라보는 겉보기 시간은 멈춘다.
Q1. 움직이는 물체 자신이 느끼는 시간이란 어떻게 흐르는가? 만약 '광속으로 움직이기 위해선 무한대의 에너지가 필요하므로 수식 자체가 성립하지 않는다'는 이유를 들어 답변 불가라고 한다면, 이 물체를 광자라고 하자. 광자 자신에게 시간은 어떻게 흐르는가?

빛의 속도는 어떤 상대 공간 속도의 관찰자에게든 언제나 1C로 일정하다. 대신 상대 공간 속도에 따라 변하는 건 빛에 대한 '상대 시간 속도'이다. 광속보다 느릴 수록 빛의 시간보다 관찰자의 시간은 빨리 간다. 다만 관찰자는 자신의 시간 속도를 스스로 느낄 수 없으며, 광속이 아닌 공간 속도로 이동하는 다른 관찰자와의 상대 비교를 통해서만 자신의 시간 속도를 알 수 있다.
Q2. 지금 지구에 살고 있는 우리 뿐 아니라 우주의 그 어느 관찰자도 '절대 정지 속도'가 될 수 없다. 속도는 언제나 상대적이며, 따라서 같은 시간 속도인 관찰자들은 존재하지만 절대적 시간 속도를 각각 가질 수 없다. 그럼 지구의 인간보다 빠른 시간 속도로 살아가는 관찰자가 우주 어딘가에 있을 수 있는가? 이 관찰자는 어떤 기준에서 지구 표면보다 '느린' 공간 속도인가?

Q3. 공간 속도의 상한은 광속이다. 반비례의 시간 속도는 정지라는 하한을 갖는다. 공간 속도의 하한은 0이며, 상대적 이동이 없는 경우이다. 이 때 시간의 속도는 상한이 되는가? 그렇다면 중력장의 영향이 정확히 같은 두 지점에 놓인 두 관찰자는 이론상 가능한 가장 빠른 상대 시간 속도를 체감하는 것인가? 이 때의 시간 속도는 광속이라는 공간 속도처럼 우주 물질계에서 '시속불변의 원리' 상수로 볼 수 있는가?

Q4. 원운동 하는 광속 입자도 동일한 시간 지연의 효과가 발생하는가? 이 때 원운동 반지름이 줄어들어 0에 수렴해도 동일한 원리가 성립하는가? 만약 그렇다면 입자가 제자리에서 광속으로 회전(스핀)해도 광속 이동 입자로 볼 수 있는 건가?

Q5. 윗 질문의 답이 '그렇다'라면, 입자가 원운동 방향과 반대 방향으로 자전 스핀을 갖는 경우를 생각하자. 원운동 반지름이 0에 수렴하면 입자는 공전과 자전의 방향이 상쇄되며 아무런 스핀이 없는 상태가 된다. 그럼에도 광속 운동 상태가 유효한가? 결과적으로 입자는 그냥 가만히 있는 상황이다.

Q6. 윗 질문의 답이 '그렇다'라면, 모든 입자는 광속 운동을 통해 시간이 멈추고, 질량을 갖는다는 가설이 가능하다. (광자는 운동으로 인해 질량을 갖는다는 논리)
 
양자역학에서 양자 얽힘에 대한 실험 중, 반대 방향으로 날아간 입자 쌍이 관측에 의해 확률 파동이 빛보다 빠르게 붕괴되어 상호 영향을 준다는 실험 결과를 놓고,
Q7. 혹시 입자 쌍 중 하나를 관찰한 A의 행위가 다른 입자에 대한 관측 행위 B에 영향을 준 게 아니라, "애초에 A의 행위 자체가 결정되어 있었던 것"이라면? 이는 B의 결과가 A의 관측 결과와 이미 연결되어 있다는 관점과 다르다. A가 관측할 지 여부나 방법이 이미 정해져 있을 수 있다는 평행우주 이론 측면의 해석이다.
 
추가.
Q8. 우주의 나이는 138억년이라고 하고, 관측가능한 우주의 크기는 460억 광년이라고 한다. 어떻게 관측 가능한 크기가 나이보다 많을 수 있느냐는 질문은 오해를 한 거라고 우주먼지 지웅배씨가 말하던데, 진짜 천체물리학에서 이런 논리를 펼치는 건지 의심스러운 해명을 하더라.
우리가 관측가능한 우주의 경계에 있는 은하를 본다면 그 은하의 모습은 138억년 전 모습이고, (지구 기준 시간으로) 현재 그 은하는 더 멀어져서 460억 광년 거리에 있을 거라는 식이었다. 근데 이게 말이 되는가?
36미터 앞에서 시속 100킬로미터로 출발한 자동차에서 내게 오는 빛의 속도가 초속 1센티미터라면, 한 시간 뒤 그 차의 모습을 목격한 나는 100킬로미터 밖의 차를 눈 앞에서 본다고 주장할 수 있나? 여전히 나는 36미터 앞을 보고 있는 것이고, 한시간 전 물체의 지연 잔상을 보는 것이다. 관측 대상이 지연 시간 동안 얼마나 멀어졌는지는 내 관측 범위와 무관하다.
따라서 (지구 시간으로) 138억년 전 은하를 보고 있다면, 우린 (지구 시간으로) 138억년 전 그 은하의 위치를 관측하는 것이고, 따라서 (지구 시간에서) 관측 가능한 우주의 크기는 138억 광년이라고 해야 타당하다. 교묘한 궤변으로 '아까 여기 있던 물체가 지금쯤 엄청나게 멀리 가 있을 것이므로' 아까의 모습을 보면서 지금 위치를 볼 수 있는 천리안을 가진 것처럼 말해선 안 된다.

Q9. 위 교정 관점에서 볼 때, 138억 광년 거리의 은하는 그 때 위치에서 발산한 빛을 138억년 걸려 지구까지 보낸다. 그럼 그 빛이 발산됐을 때는 이미 우주가 만들어진 다음 아닌가? 빅뱅 이후 공간이 만들어졌고, 공간 팽창 속도가 빛의 속도였다면 그 은하가 빛을 발산했을 땐 빅뱅 이후 138억년이 흐른 뒤일 것이다. 설사 팽창 속도가 빛보다 빨랐다고 해도 은하가 생성되어 그 위치에 도달하는 데엔 0보다 큰 시간이 소요된다. 따라서 우주의 나이는 '최소' 138억년이고, 그보다 많은 것이 더 합리적이다.
한 가지 반론을 생각해 본다면, 빅뱅 이후 '시공간'이 만들어졌고 이 중 공간의 팽창 속도가 광속이었다면 팽창이 일어나는 공간의 시간 속도는 0이었을 것이다. 따라서 팽창 경계의 시간은 흐르지 않았으므로 빅뱅 이후 (중심이랄 게 없지만) 얼마나 멀리까지 팽창해 나갔든 그 곳은 빅뱅 시점의 시간에서 전혀 시간이 흐르지 않았을 수 있다. 이 경우 138억 광년 떨어진 곳에서 날아온 빛의 시간은 우주의 나이와 같다.
하지만 이 논리엔 한 가지 맹점이 존재하는데, 시간이 전혀 흐르지 않은 공간에 은하라는 구체적 물체가 형성되었다면 빅뱅 때 이미 은하로 존재했어야 하는 부담이 생긴다. 팽창 속도가 광속보다 조금 느려서 꾸역꾸역 은하를 만들 시간이 주어졌다면, 138억 광년 떨어진 곳의 빛이 발산될 땐 이미 빅뱅 이후 은하 형성에 필요한 시간이 흘렀으므로 우주의 나이는 138억년보다 (제법) 더 많아야 한다.

 

Q10. 우주의 무경계성 성질이 가설인지 이론인지 모르겠다. 이것이 사실이려면 기하학적으로 순환이 일어나는 닫힌 계여야 하는데 (2차원 평면 상 원이나 3차원 공간 상 구면처럼), 그럼 지구에서 관측 가능한 가장 먼 거리를 넘어서면 다시 지구를 향한 방향으로 관측이 이어져야 하는 것 아닐까?