스크랩 기타 [스압][bgm주의][데이터주의] 특수상대성이론 두번째이야기 등속운동의 길이수축

[오오오오오오오오오오오오오오오뎅]

BGM정보 : 브금저장소 - http://bgmstore.net/view/JwhfA

첫번째 이야기 : 특수상대성이론 등속운동시의 시간지연

http://cafe.daum.net/dotax/Elgq/1027846

오늘은 저번에 이야기하던 특수상대성이론의 길이수축에 대해서 이야기하고자 합니다.

그전에 저번에 이야기해드렸던 특수상대성이론에서의 시간지연에 대해서 부가설명을 하고 넘어가겠습니다.

보통 시간지연을 설명함에있어서 가장 대표적으로 쓰이는 예가 바로 우주선 실험입니다.

위의 영상 9분부터 보시면 됩니다.

하지만 제 개인적인 생각으로는 조금만 상황을 꼬아도 이상황에서 시간지연을 설명하기가 매우 까다롭습니다.

빛을 쏘는 방향을 바꾼다던지만 하더라도 시간의지연이아니라 시간이 빨리 흘러가는것처럼 생각할 수 있거든요

저도 정확하게 이해하지는 못하지만 더 쉬운 예가 있습니다.

바로 뮤온이라는 입자입니다.

오늘의 길이수축에 가장 중요한 내용입니다.

우리 지구는 대기권을 가지고 있습니다. 그리고 우주에서 지구로 우주선(宇宙線)이라는것이 들어오죠

여기서 우주선은 비행물체가아닌 전자기파 입니다. 즉 빛과 같은것이죠 선은 적외선 자외선 할때의 선입니다.

우주선이 지구의 대기권과 만났을때 대기권 지상 60km지점에서 대기중의 공기분자와 부딪히며 '뮤온' 이라는 입자가 발생합니다.

뮤온의 속도는 빛의 속도에 거의 근접할정도로 빠릅니다.

뮤온의 수명은 100만분의2초입니다. 그후엔 없어지고 말죠

이러한 뮤온이 빛의속도에 근접한속도로 달리더라도 고작 0.6km를 갈수 있습니다.(30만km x 2/100만)

하지만 이상한 현상이 발생합니다.

이런 뮤온이라는 입자를 지표면에서도 관측할 수 있다는 것이죠.

뮤온이 생성되는지점은 상공 60km부근이고 뮤온의 수명과 속도를 따르면 고작 0.6km를 갈수있을뿐인데 어떻게 지상까지 도착할 수 있을까요?

정답은 시간지연이었습니다.

뮤온은 빛의속도에 근접한 속도로 아주 빠르게 이동하고 있고, 아인슈타인의 특수상대성이론에 의하면 등속운동하는 물체의 시간은 지연됩니다. 따라서 뮤온의 수명이 늘어난것이죠.

이후 뮤온은 시간지연을 증명해준 최초의 입자가 되었습니다.

하지만 첫번째 특수상대성이론이야기에서도 말씀드렸다시피 운동은 상대성을 가지고 있습니다.

내가 만약 등속운동을 하고 있다면, 정지해있는사람과 같은 물리법칙이 적용되고

만약 차안에서 등속운동을 하고 있다면 창밖으로 나를 제외한 모든것들이 뒤로 지나가는것을 느끼실수 있을겁니다.

뮤온이라는 입자위에 올라탔다고 생각해 봅시다.

뮤온에 올라탄사람은 뮤온이 정지해있는것처럼 보일겁니다. 속도는 상대적이기 때문입니다.

그렇다면 뮤온의 수명은 여전히 100만분의2초입니다.

그렇다면 지상까지 뮤온이 도착할 수 없죠

하지만 지상에서는 뮤온이 관측됩니다. 이건 어떻게 된 일일까요?

지상에있는 사람에게는 뮤온의 수명이 늘어나 지상까지 도착하지만 뮤온에 올라탄 사람은 지상에 도착하지못하고 사라집니다.

이건 말도 안되는 이야기겠죠?

이 부분을 가능하게 만드는것이 딱 한가지 있습니다.

바로 길이수축이지요

뮤온이 가야할거리 즉, 60키로미터가 0.6키로미터가 된다면 가능하죠

말도 안되는 이야기같지만 지금까지 입증된 사실입니다.

뮤온은 여전히 지상까지 도달하고있고, 뮤온의 수명은 100만분의 2초입니다.

이 현상을 설명하기 위해서는 아인슈타인의 특수상대성이론중 길이수축 이외에는 설명할 방법이 없지요

뮤온입자에 타고있는 사람은 본인은 정지한것같지만 다른 모든 사물들이 자신의 진행방향 반대로 움직이고 잇다고 생각할겁니다.

물론 광속에 가까운 속도로 말이죠.

또한 뮤온에 올라타있는 사람또한 길이가 수축됩니다.

이렇게 상대적으로 보이게 됩니다. 사실 아인슈타인의 상대성이론이 '상대성'이라는 말이 붙은것또한 모든것이 상대적이라는것을 말하고 있기 때문입니다.

이 우주에 절대정지상태란 있을수 없죠.

'이런 중요한 사실들이 있다면 일상생활에도 많은 영향을 끼치겠네요?

달리는 자동차는 길이가 줄어들고 비행기를 타고있는 사람들의 손목시계는 내 손목시계보다 느리게가구요?'

라고 질문하실수도 있습니다.

하지만 이런것들이 일상생활에 중요하게 영향을 끼치지는 않습니다.

길이수축으로 예를 들어보겠습니다.

0.1 c = 0.99499
0.5 c = 0.86603
0.9 c = 0.43589
0.99 c = 0.14107
0.999 c = 0.04471
0.9999 c = 0.01414
0.99999 c = 0.00447
0.999999 c = 0.00141
0.9999999 c = 0.00045
0.99999999 c = 0.00014

앞의 숫자는 속도

c는 빛의속도

뒤의 결과값은 길이가 수축하는 양입니다.

여기서 볼수있듯이 0.1c는 빛의 10분의1에 해당하는 속도입니다. 보통의 비행기보다 10만배 빠른 속도임에도 불구하고 길이가 수축하는 양은 0.5퍼센트 정도입니다. 빛의 속도에 가까우면 가까워질수록 길이가 수축하는 양은 늘어나지만

그건 빛의속도에 정말 근사했을때 이야기입니다.

이렇게 빠르게 느껴지는 시속300km의 차에서도 길이수축은 일어납니다.

다만 특수상대성이론에 의하면 100조분의1만큼 작아지지요

만약 길이가 3m짜리 자동차라면 수축된 길이의 양은 원자핵1개크기정도입니다.

마찬가지로 시간지연또한 정말 극소량입니다.

저는 이런부분을 생각할때마다 인류가 우주속에서 얼마나 작은존재인지 깨닳음과동시에 아인슈타인이 얼마나 대단한 사람인지를 깨닫습니다..

이걸 읽으시는 분들은 이건 말도안되는 이야기라고 생각하실수 있습니다.

하지만 지금까지 시간지연에 대해서 이야기했듯이 지금 우리곁에 실제로 일어나고있는 일들입니다.

인공위성에게 특수상대성이론과 일반상대성이론의 공식을 대입하지않으면

우리는 gps를 사용할 수 없습니다.

너무나도 큰 오차가 발생하게 되거든요

아마 상대성이론이 이해하기 힘든 이유중에 하나가 직관성인것같습니다.

사람이 살면서 겪은 직관성을 모두 깨버려야 이해가 가능하기 때문이지요

이론자체도 어렵지만 더욱어려운건 내가가진 직관을 깨는것인것같습니다.

시간은 절대적이야! 공간또한 절대적인 것이야!

라고 생각하는 사람이 있다면 상대성이론은 이해하기가 힘들어집니다.

하지만 우주는 이런 이론을 토대로 지금 움직이고 있습니다.

아직까지 이론일뿐 법칙으로 완벽하게 증명된것은 아니지만 이 상대성이론을 뒤집을 방법또한 없지요.

하지만 우리과학기술로 발견한것은 아직 이정도 수준입니다.

빛은 불변한 속도를 지니고 있고 그 현상을 설명하려면 시간은 지연되고 길이는 수축한다.

아직 상대성이론은 '이론'인 상태입니다. 앞으로 인류중 그어떤 천재가 나타나 이 이론을 싹 뒤집을수도있죠

뉴턴의 만유인력의법칙을 아인슈타인의 일반상대성이론이 바꾼것처럼말이에요 (이 이야기는 후에 하겠습니다.)

오늘은 특수상대성이론의 길이수축에 대해서 이야기 해보았습니다.

다음번에는 특수상대성이론에서의 '질량증가'에 대해서 이야기해보겠습니다.

특수상대성의 결론은 등속이동하는 물체의 시간은 지연되고 길이는 수축하며 질량은 증가한다 이기때문입니다.

읽어주셔서 감사합니다

[Yooj_lee]

흠 근데 글 중간에 이해가 안가는 게 분명 0.1c가 0.9c보다 길이수축량이 작아야하는데..왜 그 반대같지..?

[Yooj_lee]

그럼 길이가 수축하는 양이 아니라 원래 길이 대비 수축했을 때의 비율인 게 맞지 않아?

[Yooj_lee]

무슨 말인지는 알겠는데 글에서 잘못 쓴 것 같아서!