빛보다 빠른 물체가 있다면 그 물체는 어떻게 보일지 궁금해요

2022. 11. 30. 21:40

만약 빛의 속도로 움직이는 탈것을 타고 서울역에서 목포역까지 왕복운행을 한다면

서울역에선 그 탈것이 어떻게 보일까요? 잠시 깜빡 했다가 나타나는걸 보게 될까요??

목포역에선 또 어떻게 보일까요?

만약 빛의 절반속도로 위와같은 운행을 한다면 서울역에선 어떻게 보일까요?

혹시 대전역에선 그 탈것이 움직이는게 보일까요?

궁금합니다.


총 3개의 답변이 있어요.

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.

일본 교토에서 열린 ‘중성미자와 우주물리 국제학회’에서 국제 중성미자 실험그룹인 오페라(OPERA)는 ‘중성미자의 비행 속력이 빛의 속력(광속)보다 더 빠르게 관측됐다’는 애초 관측실험의 결론을 철회한다고 밝혔습니다. 이로써 광속보다 빠른 중성미자의 비행 속력을 관측했다는 실험 증거는 오페라 그룹이 처음 밝힌 지 아홉 달 만에 실험오류로 결론이 났습니다.

이로써 현재까지 “대격변을 일으킬만한” 빛보다 빠른 것들은 단 한번도 발견된 적이 없게 되었습니다.


특수 상대성 이론은 두 가지 기본 원리에서부터 출발합니다.

첫 번째는 “자신이 정지하고 있는지 움직이고 있는지 구별할 수 없다.”입니다. 이때 움직인다는 의미는 등속운동 즉 한 방향으로 일정한 속력으로 움직이는 특수한 경우만을 말하며, 그렇기 때문에 특수 상대성 이론이라 부릅니다.

사실 우리는 이 원리를 항상 경험하고 있습니다. 지구는 태양에 대해 대단히 빠른 속도로 움직이고 있지만 인간의 경험적인 스케일에 비해 지구는 거의 등속운동을 하기 때문에 지구가 움직인다는(공전) 사실을 느낄 수 없죠.

이것을 뒤집어 말한다면 등속운동이 아닌 경우 즉, 급히 방향을 바꾸거나 혹은 급가속 하거나 급정거 하는 경우에는 자신이 움직인다는 것을 쉽게 알 수 있다는 의미이기도 합니다.



두 번째는 “빛의 속도는 누가 관측하던지 항상 똑같다.”입니다. 그래서 물리학자들은 아예 빛의 속도를 299,792,458 m/s 로 그냥 정해버렸습니다. 어차피 빛의 속도는 항상 똑같기 때문에 어떤 값으로 정하던지 상관은 없지만 기왕이면 널리 쓰이는 미터법에 잘 맞도록 정한 것이죠.

우리는 속도라는 것이 상대적인 것임을 잘 알고 있기 때문에, 빛의 속도만은 예외라는 것이 대단히 이상해 보입니다. 이 때문에 상대성 이론은 우리의 경험과 매우 다른 결론이 나오게 되는 것입니다.



이 두 가지 기본 원리로부터 아인슈타인은 3가지 중요한 결과를 얻어냅니다.

1. (나에 대해) 움직이는 물체는 (움직이는 방향으로) 길이가 짧아진다.

2. (나에 대해) 움직이는 물체의 시간이 느리게 흐른다.

3. 지금(now)과 여기(here)의 의미가 움직이는 정도에 따라 달라진다.



첫 출발은 로렌츠 수축(Lorentz contraction)이라 불리는 길이가 짧아지는 현상에 대한 오해입니다.


테니스공이 내 앞에서 매우 빠르게 지나가고 있습니다. 과연 이 테니스공은 내 눈에 어떻게 보일까요? (혹은 사진을 찍으면 어떤 모양으로 찍힐까요?)


상대성 이론을 접한 사람들은 “움직이는 물체의 길이가 짧아진다.”라고 알고 있으므로 아래 그림과 같이 보일 것이라고 대답할 것입니다. 즉 움직이는 방향으로 찌그러진 럭비공 모양으로 보일 것이라고 예측할 것입니다.


2022. 11. 30. 22:29
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    부산대물리학과

    안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.

    현재까지 알려진 물질 중 빛보다 빠른 물질은 관측되지 않았습니다.

    하지만 만약 빛보다 빠른 물질이 있다고 생각할 경우, 빛보다 빠르게 움직이는 물질이 2개 이상으로 보일 수 있습니다. 왜냐하면 시작점에서 나온 빛이 도달하는 시간이 있으며, 시작점에서 빛보다 빠르게 출발한 물질이 우리와 가까워질 경우 가까이 온 상태에서 나온 빛이 우리에게 도달할 수 있습니다. 이 때 시작점에서 나온 빛과 동시에 도달할 경우가 발생하는데, 이 때에는 2개로 보일 수 있습니다.

    2022. 11. 30. 22:48
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      빛보다 빠른 물체는 존재하지 않기 때문에 어떻게 보일지 알 수 없습니다.

      실제 인간이 눈으로 보는 행위는 빛을 통해서인데,

      빛보다 빠른 물체라면 빛이 이것을 포착할 수 없을 것입니다.

      2022. 11. 30. 22:26
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