안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
이 표현부터 정리하면 이해가 쉬워요. 질량이 실제로 불어난다기보다, 속도가 빨라질수록 물체를 더 가속하기가 점점 어려워지는 현상을 옛날 교과서가 질량 증가라고 불렀던 거예요. 요즘 물리학은 질량은 그대로 두고 에너지와 운동량이 커진다고 설명해요.
핵심은 속도가 더해지는 방식에 있어요. 일상에서는 시속 100km에서 10을 더 내면 110이 되지만, 상대성이론에서는 속도가 광속에 가까울수록 같은 힘을 줘도 속도가 늘어나는 폭이 급격히 줄어요. 시간과 공간 자체가 속도에 따라 달라지는 구조라, 광속의 99%에서 아무리 에너지를 쏟아부어도 99.9%, 99.99%로 소수점만 늘어나는 식이에요. 미는 힘이 속도 대신 운동량과 에너지로 쌓이는 건데, 밖에서 보면 물체가 점점 무거워져서 안 밀리는 것처럼 보이니 질량 증가라는 표현이 나온 거예요.
광속을 못 넘는 이유가 여기서 바로 나와요. 광속에 도달하려면 에너지가 무한히 필요한 구조거든요. 우주의 어떤 에너지원으로도 무한을 채울 수 없으니 질량 있는 물체는 광속 앞에서 영원히 소수점을 늘릴 뿐이에요. 실제로 입자가속기에서는 양성자를 광속의 99.999999% 수준까지 밀어붙이는데, 여기서 에너지를 두 배로 올려도 속도는 거의 안 변하고 운동에너지만 두 배가 돼요. 이론이 아니라 매일 실험으로 확인되는 사실이에요 :)