도플러효과는 파동의 속도가 파원의 속도에 상관없이 불변이기 때문에 일어나는 현상이다.
물결파도 음파도 전자기파(빛)도... 모든 파동의 속도는 불변이다.
1)
우주선이 지구에서 일정한 속도로 멀어지고 있다.
우주선의 속도는 0.99999999c이다.
지구에서 관측하는 우주선의 모습은 우주선의 과거 모습이다.
지구에서 관측하는 우주선의 위치는 실제 우주선의 위치보다 가깝다.
우주선에서 출발한 빛이 지구에 도착하는 동안에도 우주선은 지구에서 멀어지고 있기 때문이다.
우주선이 지구에서 1광년 떨어진 지점을 지나는 모습을 지구에서는 1년 후에나 볼 수 있다.
우주선이 지구에서 1광년 떨어진 지점을 지나는 모습을 지구에서 보았을 때 우주선의 실제 위치는 지구에서 거의 2광년 떨어진 거리에 있다.
우주선이 지구에서 2광년 떨어진 지점을 지나는 모습을 지구에서는 2년 후에나 볼 수 있다.
우주선이 지구에서 2광년 떨어진 지점을 지나는 모습을 지구에서 보았을 때 우주선의 실제 위치는 지구에서 거의 4광년 떨어진 거리에 있다.
우주선에는 지구를 출발할 때(지나칠 때) 지구의 시계와 똑같이 맞춘 시계가 있다.
시계의 출발일자는 우주선의 시계와 지구의 시계 모두 똑같이 2000년 1월 1일이다.
우주선이 지구에서 1광년 떨어진 지점을 지나는 모습을 지구에서 보았을 때,
지구에서 관측한 우주선의 시계의 시간은 2001년 1월 1일이다.
지구에서 관측한 지구의 시계의 시간은 2002년 1월 1일이다.
1년 차이가 난다.
우주선이 지구에서 2광년 떨어진 지점을 지나는 모습을 지구에서 보았을 때,
지구에서 관측한 우주선의 시계의 시간은 2002년 1월 1일이다.
지구에서 관측한 지구의 시계의 시간은 2004년 1월 1일이다.
2년 차이가 난다.
즉 우주선이 지구에서 점점 멀어질수록,
지구에서 관측한 우주선의 시계의 시간과,
지구에서 관측한 지구의 시계의 시간의 차이는 점점 커진다.
즉 지구에서 보았을 때, 우주선의 시간이 느려진 것으로 보인다.
하지만 도플러 효과에 의한 착시현상일 뿐이다.
2)
우주선이 지구를 향해 일정한 속도로 가까워지고 있다.
우주선의 속도는 0.99999999c이다.
우주선은 10광년 떨어진 별에서 출발했다.
우주선은 10년 동안 비행했지만, 우주선이 별을 출발한 모습을 담은 빛은 우주선의 바로 코앞에 있다.
즉 지구에서는 아직 우주선이 별을 출발한 모습도 못보았다.
우주선이 10년을 조금 넘게 비행했을 때,
지구에서는 비로소 우주선이 별을 출발하는 모습을 본다.
이때부터 동영상을 빨리 돌리는 것처럼 우주선이 지난 10년간 비행했던 모든 장면이 몇초도 안되는 짧은 시간동안 휘리릭 지나간다.
느낌상으로는 우주선이 별을 출발하자 마자 공간이동(순간이동)을 해서 지구에 갑자기 나타난 것처럼 보인다.
하지만 이 또한 도플러 효과에 의한 착시현상일 뿐이다.
