빛의 속도로 달린다면 어떤 일이 일어나는가?

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빛의 속도로 달린다면 어떤 일이 일어나는가?

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빛의 속도가 어느 정도인지 잠시 생각해보자. 고속도로를 달리는 자동차의 속도는 대개 시속 100km(초속으로는 약 28m)이다. 소리의 속도는 기온이 섭씨 0도일 때 약 331m이고, 1979년에 태양계 바깥으로 우주여행을 떠난 파이오니아 우주선의 비행 속도는 초속 60km였다.

 

빛은 ‘광자’라고 부르는 특수한 입자이며, 광자의 속도는 초속 약 30만km이다. 그러므로 빛의 속도에서 보면, 파이오니아 우주탐사선의 속도는 굼벵이에 불과하다. 광자는 크기도 없고 무게도 없다. 그러면서 가장 빠른 속도를 가지고 있다.

 

태양은 제자리에 멈추어 있는 것처럼 생각된다. 그러나 태양과 그 둘레를 도는 지구를 포함한 8개의 행성은 은하계 주변을 초속 약 250km(시속 약 94,000km)라는 엄청난 속도로 이동하고 있다. 그렇지만 사람들은 태양계 전체가 빠르게 움직이고 있다는 것을 전혀 느끼지 못한다.

 

그런데 어떤 물체가 빛의 속도(광속)에 가까운 빠르기로 이동하게 된다면, 그 물체의 길이와 부피와 시간에 변화가 일어나게 된다. 이러한 일은 일반인이 상상하기 어려운 상대성 세계의 변화이다. 예를 들어, 어떤 물체가 빛의 속도보다 10% 정도 느린 초속 27만km로 달리는 것을 멀리서 쳐다본다면, 그 물체는 길이가 절반 정도로 줄어들어 보이다가, 속도가 더 빨라져 빛의 속도에 이르면 그 물체의 길이는 아주 없어져버린다고 한다. 그러나 광속으로 가는 우주선을 타고 있는 사람은 그런 변화를 전혀 느끼지 못한다.

 

빛의 90% 속도로 달리는 우주선을 탄 사람들은 체중이 3배 이상 증가하게 되는데, 자신은 이러한 변화를 알지 못한다. 그러다가 우주선의 속도가 빛의 속도에 이르면 우주선 속의 사람 체중은 무한히 커져버린다. 물리학자들은 이해하기 어려운 이런 현상이 상상이 아니라 실제로 일어난다는 것을 ‘가속기’라는 장치를 사용한 특수한 실험을 통해 확인하고 있다.

 

광속으로 달리면 시간에도 커다란 변화가 일어난다. 빛의 속도에 가깝게 달리는 우주선에 걸린 시계를 우주선 외부에서 바라본다면, 시간이 아주 느리게 가는 것으로 보인다. 그러나 우주선 내부의 사람들은 시간이 정상으로 간다고 느낀다. 그러다가 막상 우주선의 속도가 광속에 이른다면 시간은 아예 가지 않고 멈추어버린단다. 물리학자가 아닌 사람들에게는 참으로 이해할 수 없는 이야기이지만, 물리학적으로는 사실이다.

 

 

 

원소 인(燐)의 성질과 이용