만약 빛의 속도에 가까운 우주선을 타고 여행을 하고 있다면, 그 우주선의 외부에 있는 사람들의 관점에서 보면 우주선 안에서의 시간은 천천히 진행, 즉 시간이 지연되는 현상을 관찰할 수 있습니다. 이것은 아인슈타인이 1905년에 발표한 특수상대성이론에 근거하고 있습니다.
손에서 던져진 공 및 비행하는 로켓 등은 그 운동을 방해하는 힘이 작동하지 않으면 일정한 속도로 어디까지나 똑바로 움직일 것입니다. 이것을 등속도 직선운동이라고 부르고 이런 운동을 하는 물체를 관성계라고 부릅니다.
아인슈타인은 특수상대성이론에서 역학의 법칙이나 전자기 법칙 등의 '자연의 법칙이 모든 관성계에서 동일하게 구성되어 있다', '어떤 관성계에서 봐도 빛의 속도는 일정하다'라는 두 가지 원칙을 정했습니다. 상대성이란 어떤 관성계도 특별한 것은 아니라는 뜻으로 붙여진 이름입니다. 또한 빛의 속도가 일정하다는 광속도불변의 원리는 1887년 마이 켈슨과 몰리의 실험에서 확인되었습니다. 그러자 시간과 공간을 구분하여 생각할 수 없게 되었고, 시간과 공간을 통합한 시공을 생각할 필요가 있었습니다. 또한 운동하는 물체의 속도 제한이 빛의 속도임을 알 수 있었습니다.
특수상대성이론에서는 운동하는 물체의 시간은 느려집니다. 그 비율은 물체의 속도를 빛의 속도에 대한 비의 제곱을 1에서 뺀 후 제곱근을 취한 형태입니다.
예를 들어, 빛의 속도의 90%인 초속 27만 km로 비행하는 로켓을 생각해 봅시다. 그러면 0.9의 제곱이 0.81 따라서 1에서 0.81을 빼면 0.19입니다. 이 값의 제곱근은 약 0.44. 즉, 로켓 외부의 시계가 1초 앞으로 진행한 사이에 로켓 안의 시계는 0.44초밖에 진행되지 않는다는 것이 됩니다. 로켓의 속도가 빛의 속도에 근접할수록 시계의 지연은 더욱 커집니다.
특수상대성이론에서는 이 외에도 여러가지 재미있는 일이 일어난다는 것을 예언합니다. 첫째, 운동하고 있는 물체의 길이가 줄어들어 보입니다. 그리고 이 비율은 시간의 지연과 동일합니다. 위의 로켓을 예로 설명하면, 우리의 관점에서 보면 로켓의 길이는 0.44배 찌그러져 보일 수 있습니다. 이것을 처음 생각한 사람의 이름을 따 로렌츠 수축이라고 부릅니다.
또한 빛의 속도가 물체의 속도의 상한이라는 사실도 확인할 수 있습니다. 위의 로켓에서 광속의 90%인 미니로켓을 발사했다고 가정하면, 0.9 더하기 0.9가 되어 빛의 1.8배의 속도가 될 것입니다만, 실은 그렇게 되지 않습니다. 계산을 생략하고 설명하면, 미니로켓의 속도는 광속의 약 99.5%가 됩니다.
평소 우리의 생활에서 거의 체험할 수 없는 불가사의한 현상이 빛의 속도에 가까운 세계에서는 일어나고 있습니다.
출처 참조 번역
· Wikipedia
· 宇宙旅行編
https://www.kahaku.go.jp/exhibitions/vm/resource/tenmon/space/travel/travel01.html
'과학 & 기술' 카테고리의 다른 글
| 시간이란 무엇인가 (0) | 2021.05.25 |
|---|---|
| 플라즈마에서 빛을 30% 가속시키는데 성공 (0) | 2021.05.24 |
| 무게가 거의 제로인 '구조적 배터리'란? (0) | 2021.05.02 |
| 우주여행을 하는 동안에는 나이를 먹지 않는다? (0) | 2021.05.02 |
| 겨우 90밀리그램인 물체도 중력에 의해 상호작용한다는 사실은 어떻게 증명되었을까 (1) | 2021.04.29 |
| 화성 헬기의 첫 비행 성공이 얼마나 대단한 것인지에 대해 우주물리학자가 설명 (0) | 2021.04.23 |
| 스마트폰을 사용하여 우주 규모의 현상인 '태양폭풍'을 검출 (0) | 2021.04.19 |
| 테슬라 모델 S가 충돌사고로 화염에 휩싸여 2명이 사망...운전석은 무인상태 (0) | 2021.04.19 |
