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[BY 과학잡지 뉴턴] 상대성 이론에 따르면 광속은 ‘자연계의 최고 속도’라고 한다. 그런데 지난 2011…
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[BY 과학잡지 뉴턴] 상대성 이론에 따르면 광속은 ‘자연계의 최고 속도’라고 한다. 그런데 지난 2011…
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그렇다면 과거로 가는 여행은 어떨까? 어떤 물체가 빛의 속도보다 빨라지면 이러한 속도를 내는 물체는 질량과 길이, 시간의 흐름이 ‘허수’가 된다. 그런데 사람이 탑승할 정도의 큰 물체가 시간 뿐 아니라 질량과 길이가 허수가 될 수 있다는 것은 그 자체로 모순이 된다. 만약 내부를 통해 다른 시공간으로 연결되는 ‘웜홀’을 활용한다면 이론적으로 과거로 돌아가는 것이 가능할 수도 있다.
속도 측정은 3년 간 약 1만 5,000번이나 이뤄졌기 때문에 연구팀조차 이러한 결과에 당혹감을 금치 못했다. 만약 이 물질이 정말 빛보다 빠른 것이라면, ‘빛보다 빠른 물질은 없다’는 전제는 틀린 것이 되고, 현대 물리학은 잘못된 가설 위에 세워져 있다는 말이 되기 때문이다. 전 세계 물리학자들은 실험 결과에 거세게 반발했다. 그리고 오류를 찾기 위해 필사적이었다.
하지만 가장 큰 문제는 빛의 속도에 가까운 속도를 견딜만한 로켓을 만들 수 있는 기술이 없다는 것. 에너지 저장 탱크와 엔진이 녹지 않게 냉각하는 기술, 우주선에 부딪히는 성간 물질로부터 우주선을 보호하는 기술 같은 것들 말이다. 또한 광속보다 빠른 타키온을 발견했다고 해도 우주선이나 타임머신 자체가 물체이기 때문에 빛보다 빠른 것을 만들어낼 수 없다….
15화 414 빛의 속도로 차여본 적이 있나
특수 상대성 이론 이해하기 2 | 제목은 원피스 정상 대전에 해군 3 대장 키자루의 명대사이면서 많은 밈을 생산해낸 대사입니다. 빛의 속도로 차였다는 표현을 많이 하지만, 사실 그건 불가능합니다. 전 편에 유도해본 식을 보면 말이죠. https://brunch.co.kr/@gjchaos0709/267 이 식을 뜯어보면, 속도가 빨라질수록 루트 안의 숫자는 작아질 것이기 때문에 t0도 작아
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속도의 수식과 똑같고 t가 m으로 바뀐 걸 알 수 있습니다. 수식에 따르면 속도가 증가하면 할수록 루트 안의 숫자는 작아질 것이고, m0에 비해 m은 점점 커지게 됩니다. 유도 과정이 궁금하다 싶으면 인터넷에 많이 나와 있으니 참고 바랍니다. 생각보다 많이 어렵지도, 그렇다고 아주 쉽지도 않습니다. 이에 따르면 질량을 가진 물체가 빛의 속도에 근접할수록 질량은 무한하게 커지게 됩니다. 알다시피 속도를 증가시키기 위해서는 가속을 시켜야 하며, 가속을 위해서 힘이 필요하다는 것을 F=ma를 통해 알 수 있죠. 질량이 증가하면 할수록 가속하는데 들어가는 힘이 커지게 되며, 질량이 무한하게 커지게 되면 가속하는데 드는 힘도 무한하게 됩니다. 때문에 빛의 속도에 근접할 수는 있어도 도달할 수는 없는 것이죠.
빛이 최단 거리를 가는 이유에 대해서는 “파인만의 QED 강의”라는 책을 보고 이해할 수 있었습니다. 세상에서 가장 어려운 과목에 속하는 양자 전기역학을 가장 쉽게 설명한 책입니다. 물론 쉽다고 말하지는 않았습니다. 빛이 최단거리로 이동하는 현상은 양자 전기역학으로 나아가기 위한 핵심 지식이기에 상당히 많은 페이지를 할애하여 설명하고 있는데, 아주 후려쳐서 설명하자면 빛은 모든 방향으로 방출되며, 다른 모든 방향의 빛은 상쇄되어 최단거리만 우리 눈에 보인다고 요약할 수 있습니다. 이 표현은 점점 깊이 들어갈수록 바뀌어야 하겠지만 일단은 이렇게 알아두겠습니다.
빛이 최단 거리를 이동한다는 것은 생각해보면 이상합니다. 빛이 의식이 있어서 발사하기 전에 이미 최단거리를 알고 간다는 것도 이상하며, 설사 의식이 있는 우리 역시 최단거리를 알기는 어렵습니다. 게다가 빛의 속도로 움직인다면 위의 공식에 따라 시간 역시 존재하지 않기 때문에 빛이 쏘아지는 그 순간 최단거리로 움직여 모든 공간을 메꾼다는 것인지 등 혼란스러워하며 상당히 많은 생각을 하고 있었습니다. 사실 과학에 이것저것을 알아보면서 아직도 가장 많이 생각해보는 것이 빛입니다. 물론 직장인이기에 조각조각 생각할 뿐이지만 말입니다.
자유시간 :: 빛의 속도가 너무 느리다며 NASA의 과학자가 만든 애니메이션
빛의 속도는 우주를 이동하는 물질 중 가장 빠르다. 이것은 물론 ‘웜홀’이라는 우주의 이론적 존재(그리고 그 안을 파괴되지 않고 통과하는 능력)를 부정하고 있다. 완전한 진공상태에서 빛의 입자 ‘광자’는 초속 29만 9792km, 즉 시속 10억 7900만 km로 진행한다. 이것은 놀라운 속도다. 하지만 다른 행성 특히 우리의 태양계를 넘어선 세계와 통신하거나 거기를 목표로 가려고 시도하면 빛의 속도는 좌절감을 느낄 정도로 느리다. 우주에서의 속도의 한계를 사람이 이해할 수 있도록 NASA의 고다드우주비행센터(Goddard Space Flight Center)의 행성과학자 James O’Donoghue 씨가 애니메이션을 만들었다. 애니메이션은 빛의 속도를 3가지 상황으로 나타내어 빛이 얼마나 빨리 그리고..
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태양계에서 가장 가까운 외계행성 ‘센타우루스자리 프록시마 b’는 지구로부터 약 4.2광년 떨어져 있다(약 39.7조 km). 그러나 인류 역사상 가장 빠른 우주선인 NASA의 태양탐사선 ‘파커 솔라 프로브’는 시속 약 21만 3200마일로 센타우루스자리 프록시마 b까지 도달하는데 1만 3211년이 걸린다.
러시아계 미국인 억만장자가 추진하는 ‘Breakthrough Starshot’ 프로젝트는 이 속도의 문제에 도전하려고 하고 있다. 이 프로젝트는 우표 크기 정도의 작은 우주선에 돛을 붙이고 지구에서 강력한 레이저를 조사함으로써, 외계행성 도달을 목표로 한다. 이론적으로 광속의 20% 속도를 낼 수 있다.
완전한 진공상태에서 빛의 입자 ‘광자’는 초속 29만 9792km, 즉 시속 10억 7900만 km로 진행한다. 이것은 놀라운 속도다. 하지만 다른 행성 특히 우리의 태양계를 넘어선 세계와 통신하거나 거기를 목표로 가려고 시도하면 빛의 속도는 좌절감을 느낄 정도로 느리다.
우리는 항상 빛의속도로 움직이고있다!(2)
저번 포스팅에 이어서 설명하겠습니다. 중요한 개념은 빛의 속도가 절대적이기 위해서는 시간이 변해야 한다는 개념이었죠. 그런데 왜 빛의 속도가 절대적이고 시간이 변하는 것일까요? 아인슈타인은 ‘왜 운동 상태에 따라 시간이 지연되는가?’ ‘그 이유는 무엇인가?’ 하는 두 가지 질문에 대한 답을 원했습니다. 아인슈타인은 시간이 변한다는 현상을 토대로 시간이 공간과 같은 하나의 차원이라는 생각을 하게 됩니다. *아인슈타인의 혁신적생각 이 그래프를 보면 가로축을 공간 차원으로, 세로축을 시간 차원으로 생각해봅시다. 여러분이 만약 KTX를 타고 서울에서 부산을 간다면, 여러분은 2시간 뒤에 부산에 있을 겁니다. 그래프로 그리게 되면 이런 모양이 되겠죠. 아인슈타인은 여기서 놀라운 생각을 하게 됩니다. 우주에 있는 ..
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그래프로 그리게 되면 이런 모양이 되겠죠. 아인슈타인은 여기서 놀라운 생각을 하게 됩니다. 우주에 있는 모든 물질이 탄생 시에 모두 동일하게 빛의 속도를 지니고 태어났다! 아인슈타인이 한 이야기는 시공간상에서 이야기입니다. 그러니까 아인슈타인은 속도가 변할 수 있는 게 아니라, 모두 다 동일하게 빛의 속도를 지니고 있다고 생각합니다. 지금 우리가 이불 안에 있다고 하더라도, 시간 차원 방향으로 빛의 속도로 이동 중인 겁니다. 우리가 자동차를 타거나, KTX를 탈 때 에너지를 사용해서 속도를 갖게 되는 건 속도가 생기는 게 아니라 시간 방향으로 이동하던 에너지의 각도를 공간 방향으로 변경하는 것에 불과하다는 겁니다. 만약 우리가 빛의 속도의 50%를 내는 우주선에 탑승했다면 1초 동안 움직였어도 우리가 시간 방향으로만 이동했을 때에 비해 86%밖에 이동하지 못합니다.
이것처럼 우주에 있는 모든 물체가 빛의 속도를 지녔다면, 물체를 빛의속도보다 빠르게 가속시킬수 없는 이유도 설명이 됩니다. 실제로 스위스 CERN 입자가속기에서 빛의속도의 99.995%가속에 성공했으나, 아무리 몇배의 에너지를 투입해도 빛의 속도를 넘을수가 없었습니다. 왜냐하면 속도는 고정된 값이고, 우리는 그 속도로 이동하는 방향만 바꿀수 있는거니까요. 우리가 비행기를 타던, 로켓을타던, 그 속도를 내기위해 사용되는 엄청난 에너지는 사실 시간방향으로 이동하던 속도를 공간방향으로 돌리기 위해 사용된 에너지라는 겁니다. 따라서 특수상대성이론의 기본법칙은 모든 물체는 시공간상에서 빛의속도를 지닌다. 즉, 공간상에서 빛보다 빠르게 이동할 수 있는 물체는 없다는 겁니다!
저번 포스팅에 이어서 설명하겠습니다. 중요한 개념은 빛의 속도가 절대적이기 위해서는 시간이 변해야 한다는 개념이었죠. 그런데 왜 빛의 속도가 절대적이고 시간이 변하는 것일까요? 아인슈타인은 ‘왜 운동 상태에 따라 시간이 지연되는가?’ ‘그 이유는 무엇인가?’ 하는 두 가지 질문에 대한 답을 원했습니다. 아인슈타인은 시간이 변한다는 현상을 토대로 시간이 공간과 같은 하나의 차원이라는 생각을 하게 됩니다.
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비디오 빛 의 속도 빛의 속도는 얼마나 빠를까? 우주는 얼마나 클까? 빛의 속도로 우주를 여행해보자!
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