빛보다 빠른 물질, 타키온에 관한 질문입니다.
속도가 빛보다 빠르기 위해서는 질량이 허수여야 한다고 했는데 왜 질량이 허수여야 빛보다 빨라질 수 있는 건가요? 그리고 타키온은 어째서 에너지를 잃을 수록 속도가 빨리지는 것인가요. 마자막으로
빛보다 빠르면 시간이 허수로, 즉 차원이 바뀐다고 하던데 그 차원은 몇 차원인가요?
안녕하세요.
타키온은 빛의 속도보다 빠르게 이동한다고 가정되는 가상의 입자로, 현대 물리학에서 흥미로운 연구 대상 중 하나입니다. 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면, 물질의 에더니(E)와 운동량(p)은 아래와 같은 관계식으로 표현됩니다 :
E² = p²c² + m²c⁴
여기서 m은 질량, c는 빛의 속도입니다. 일반적인 입자의 경우, 질량은 m은 실수이며 이 때문에 속도는 빛의 속도c를 넘을 수 없습니다. 만약 입자의 속도가 빛의 속도를 초과한다면, 위의 방정식에 따라 에너지 E가 실수로 유지되려면 질량 m이 허수이어야 합니다. 왜냐하면 허수 질량을 가진 입자는 실제의 에너지-운동량 관계를 만족시키면서 빛의 속도를 초과할 수 있기 때문입니다.
타키온의 경우, 에너지가 감소함에 따라 운동량이 증가합니다. 이는 상기 에너지-운동량 관계에서 질량이 허수이기 때문에 발생하는 비직관적인 현상입니다. 일반적인 입자와는 반대로, 타키온은 에너지를 잃을수록 속도가 증가하게 되며, 이는 그들이 운동량이 에너지 감소에 비례하여 증가하기 때문입니다. 타키온이 빛의 속도를 초과할 경우, 이론적으로 시간 개념에 변화가 발생합니다. 상대성 이론에서 시간 간격은 Δs² = -c²Δt² + Δx²로 표현되며, 여기서 Δs²가 음수일 경우 시간이 실수로 유지되고, 양수일 경우 시간 간격이 허수가 됩니다. 타키온의 경우 이동 거리 Δx가 시간 변화 Δt에 따른 빛의 이동거리 cΔt보다 크므로, Δs²가 양수가 되어 시간 간격이 허수가 됩니다. 그러나 차원이 바뀐다는 표현은 시간이 허수가 되는 것과 직접적인 관련이 있는 것은 아니며, 일반적으로 우리가 경험하는 3차원 공간과 1차원 시간 구조에는 변화가 없습니다.1명 평가