빛은 진공 상태에서 약 초속 30만 키로미터를 달린다.
아인슈타인은 일반 상대성 이론을 통해 우리가 어떤 속도로 이동하든 빛의 속도는 일정하다는 것,
정보를 포함해, 그 무엇도 빛의 속도보다 빠르게 갈 수 없다는 것을 증명했다.
그러나… 새로운 이론이 탄생하고 마는데..!
와 신 선 하 다. 이거 될 거 같은데?
(사실 한번씩 다 생각해봤지만 왜 안되는지 몰으는 것 뿐이구요..ㅠ)
위 만화를 재현해보려면 어떤 준비가 필요할까
위 만화처럼 단 반나절만에 100억광년, 즉 초당 11만 6천 광년을 가는 것은 잠시 접어 두고
목표를 조금 낮춰 최소한 빛의 속도로 날아갈 수 있는 것을 상상해보자.
준비물은 아래에!
1. 15만 km의 막대기
2. 15만 km 떨어진 2초에 한번씩 자전하는 행성
3. 그걸 타고 갈 수 있는 우리의 깡
준비하기
우리가 만들 것은 빛이 1초에 가는 거리의 1/2인 약 15만km의 막대임.
근데.. 지구의 지름은 약 12,800km 로 막대보다 12배 짧음.
15만 km의 막대를 제작하는 동안
여러분은 이 프로젝트를 위해 막대를 들고 있어야 하는 임무가 있음 (교실 뒤에서 벌서던거 생각나뮤ㅠㅠ)
팔이 아프다고 실수로 봉을 돌려버리면
지구가 헬리콥터처럼 날아가서 태양계 이탈하니 주의해야 함;
15만 km의 막대가 완성되었다면 사실 준비는 끝난 것이나 다름 없음.
2초에 한번씩 자전하는 행성에 막대를 꽂아보자!
행성에 꽂기
여러분이 15만 km의 초강력 막대를 제작해서 우연히 15만 km 떨어진 2초마다 자전하는 행성을 찾아
오랜 시간에 걸쳐 무사히 막대를 꽂는 순간
행성에 꽂은 막대는 1초 동안
큰 원을 그리며 행성의 반대편으로 이동해있을 것임.
최종적으로 막대가 우리를 1초 후에 30만 km 떨어진 곳으로 이동시킬 거임
그런데 우리는 반원 을 그리며 이동할 것이기 때문이기에
실제 이동 거리는 대략 초당 47만km 나 될 것임. (빛보다 약 1.5배 이상 빠르다)
하지만 이걸 실제로 시도하는 순간
막대가 댕.강.
왜일까?
먼저 빛의 성질과 빛의 속도가 가지는 의미를 알아봐야 함.
빛은 관측자가 움직이고 있든 정지해 있든 일정한 속도로 움직임
만약 빛이 다른 물체처럼 이동한다면 어떨까?
우리가 빛의 속도로 빛과 함께 이동하면 빛은 정지해 있는 것처럼 보여야 할 것임.
(80km/h로 달리는 옆 차와 나란히 달리면, 옆 차가 정지해 있는 것처럼 보이는 것과 같다)
하지만 실제 관측 결과 빛의 속도는 그렇지 않았음.
빛은 어떤 순간에도 속도가 일정함.
우리가 빛의 속도로 달린다고 해도 여전히 빛은 우리에게서 빛의 속도로 멀어질 것임.
위 그림은 초당 3m로 달리는 기차 안의 사람을 우리가 보고 있는 상황을 그린 거임.(발그림)
기차 안의 관측자가 봤을 때 빛이 위 아래로 1초 동안 4m 이동 했다고 가정해보자.
기차 밖의 관측자는 빛이 1초 동안 5m 를 이동한 것처럼 보일 거임.
그렇다면 기차 밖에선 본 빛은 기차 안에서 본 빛보다 1m나 더 빠르게 이동한 것일까?
실제로 실험해보면 그렇지 않다는 것을 알 수 있을 거임.
빛은 언제나 속도가 일정하기 때문.
바뀌는 것은 속도가 아니라 시간임.
빛의 속도가 일정하게 유지되려면 시간이 바뀌면 됨.
만약 기차 안의 사람에게 1초가 흐르는 동안, 기차 밖의 사람에게는 1.25초가 흐른다면
속력은 4m/s로 동일해지게 됨 (속력 = 거리/시간)
기차를 타고 이동하는 사람의 시간이 더욱 느리게 흐르면 됨.
(실제로는 시간도 느려지고 공간도 수축하면서 빛의 속도가 일정하게 유지된다고 한다.)
이렇게 빛은 (시간까지 바꿔가면서) 우주에서 가장 빠른 속도로 정의됨!!
빛보다 빨리 갈 수 있는 건 없음
이 식은 어떤 물체가 이동할 때 시간이 얼마나 지연되는지에 대한 식임.
동시에 질량이 얼마나 증가하는지에 대한 식과 같다고 함.
(이런 식이 왜 이렇게 돼있는지는 잘 모르겠음..... 이과분들~~~help!)
m은 처음 질량(혹은 시간)m'는 늘어난 질량(혹은 늘어난 시간)을 의미한다.
c2(빛의속도)는 항상 불변하므로 v2(물체의 속도), 즉 속력이 커지면 커질 수록 분모가 0에 가까워진다.
(분자는 가만히 있는데 분모가 작아지면 숫자는 커짐!)
그러면 m'는 증가한다. (시간이 느려진다 and 질량이 커진다)
만약 물체의 속도 v 가 빛의 속도인 c와 같아진다면 어떤 일이 벌어질까?
위 식과 같이 분모가 0으로 수렴하면서 질량과 시간이 무한대로 늘어나 버린다!
그러므로 우리가 막대를 꽂는 순간 막대와 막대에 매달린 우리는
시공간에 갇혀 질량이 무한대가 된다.
질량이 무한대라는 것은 그 물체를 움직이기 위한 에너지도 무한대가 되어야 한다는 뜻이므로
행성은 자전을 멈출 것이고,
막대와 행성은 박살이 나버릴 것임.....
만약 부서지지 않는 행성과, 질량 0의 막대를 상상해 본다면 가능할까?
또한 빛보다 빠른 것은 없다는 의미는
정보조차 빛보다 빠르게 갈 수 없다
는 것을 의미한다고 함.
막대는 빛보다 빠르게 원을 그리며 돌아야 하기 때문에
막대의 질량이 0이어도 행성의 회전이 전달한 회전하는 힘이 미처 막대기의
끝부분까지 제시간에 전달되지 못해
막대기는 조각날 것이라.. 고.. 함..
첫댓글 네?
ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ막대기 길이가 50광년ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ
아 알지알지
이해가 한번에되는 좋은 글이네요 ^^
1도 모르겠다.
오 이게바로 게슈탈트 붕괴현상인거죠?
슈뢰딩거: 야옹
그 막대기 삽니다
아.... 막대기 길이가 50광년...
조금 보다가 스크롤을 초광속으로 내려버렸다..
중x나라: 행성 막대기 ㅍㅍㅍ 택포 3 (직거래x)
막대기 장수가 100만원 손해네요!
오 행성이 멈추진 않을까 팔이 먼저 잘리진 않을까 했는데 다행히 막대가 먼저 동강나는군요!!