였던 분들을 위한!
1. 빛의 속력은 왜 일정할까요?
전자파라는 말 많이 들어보셨을텐데요, 전자기파는 그 비슷한 것으로 생각허사면 됩니다. 전자파를 이용해서 여러분 휴대폰과 기지국이 신호를 주고받습니다. 그리고 그 전자파는 파동이고, 파동은 파도와 비슷하게 생각하시면 됩니다. 파도라면, 파도의 간격이 있을 텐데요, 이 간격을 파동에서는 파장이라고 합니다. 파장, 파의 길이라는 말이죠.
어쨌든 그 파장을 다르게 해 주면 같은 전자기파도 우리 눈에 보이는 가시광선도 될 수 있고, 소독을 하는 자외선이나, 따뜻하게 데워주는 적외선도 될 수 있는 것이죠. 많이 다르게 하면, 우리가 병원에 가서 찍는 X-ray도 될 수 있고요.
그런데 전자기파는 전자파와 자기파를 합친 말입니다. 전기파는 우리가 콘센트에서 뽑아 쓰는 전기의 파동이라고 생각하시면 되고, 자기파는 우리가 냉장고에 붙여 쓰는 자석의 파동이라고 생각하시면 됩니다. 이 둘이 함께 다니는게 바로 빛, 그러니까 전자기파입니다.
걔네둘이 왜 그렇게 꼭 붙어다니는가를 이야기 하기 위해서, 전자제품에 자석을 가져다 대서 고장나셨던 경험을 떠올려 보세요. 전기와 자기는 분명 다른것 같습니다. 콘센트가 쇠붙이를 끌어당기지도 않고, 자석을 만진다고 감전되지도 않으니까요. 그런데도 왜 전자제품에 자석을 가져다 대면 고장이 나곤 했던 걸까요? 둘은 무슨 상관이 있을까요?
뒤가 불룩한 옛날 티비(CRT방식이라고 하죠.)나 모니터에 자석을 가져다 대 보신 분이라면, 자석이 닿으면 화면이 휘어져 나온다는 것을 아실겁니다. 그런 티비는 저 뒤에 있는 전자총이 전자를 쏴 주면, 화면에 있는 빛을 내는 구조가 전자를 맞고 빛을 내는 구조입니다. 그런데 자석을 가져다 대니, 자석의 자기력에 영향을 받은 전자(전기)가 휘어져 버리는 겁니다. 자석과 전기가 영향을 주고받는 단적인 예지요.
간단히 말하면 전기는 자기를 만들 수 있고, 자기는 전기를 만들 수 있습니다. 그렇기에 발전소에서는 거대한 자석을 돌려서 전기를 만들고, 전자석은 전기를 흘려서 자석을 만드는거죠. 정확히 말하자면, 변하는 자기는 전기를 만들어 냅니다. 변하는 전기 또한 자기를 만들어 냅니다.
서론이 너무 길었네요, 그래서 빛의 속력이 왜 일정한가, 이제 밑에서 보죠.
빛의 속력이 일정한 이유는 빛이 전기와 자기로 이루어진 파동이기 때문입니다. 정확히 말하자면, 파동에서 나아가는 전기가 자기의 파동을 만들고, 자기의 파동은 나아가면서 전기의 파동을 만듭니다. 이 과정이 계속 이어지면서 빛이 나아갈 수 있는 것이고요, 동시에 이런 빛은 이런 '과정'이기 때문에 질량이 없고, 따라서 질량이 있는 그 어떤 물체보다도 빨리 움직일 수 있는 것이죠.
▲ 파란걸 전기의 파동, 초록을 자기의 파동이라고 생각해 보세요. 빨간 방향으로 레어저가 나가는건, 결국 이런 내용입니다.
앞에서도 말했듯이, 전기가 자기를, 자기가 전기를 만들려면 '변화'가 필수적입니다. 그리고 빛은 '나아감'으로서 그 변화를 만들어내고 있고요. 만약 빛과 같이 따라가면서 본다고 생각해보죠. 버스와 같은 속력으로 버스 옆에서 가는 차에서 보면, 버스가 멈춘 것처럼 보입니다. 따라서 빛의 속력에 맞춰 따라가면서 보면 빛은 '멈춰'있어야 합니다!
그런데, 빛은 '나아간다는 변화' 그 자체라고 했습니다.
그렇다면, 빛과 같이 따라가면서 보면 빛이 없어지는 걸까요? 그건 아무래도 말이 되지 않습니다! 29만9999km/h로 달릴때도 같이 있던 빛이, 30만 킬로로 달린다고해서 갑자기 없어진다니! 그래서 아인슈타인은 고민했습니다. 빛이 없어지는가, 그건 아닌것 같고, 그러면 어떻게 되어야 맞을까...
그의 결론은 빛의 속력은 누구에게나 일정하다는 것이였습니다.
왜냐면 빛은 '변화' 그 자체이니까요. 빛이라면 곧 '변화'여야 하고, 변화는 곧 나아감이니까, 빛의 나아감은 누가 보는 빛이던지 같아야 합니다. 그러니까 빛의 속력은 일정합니다!
그런데, 그렇다면 빛과 같이 달리는 사람이 보는 빛과, 정지한 사람이 보는 빛은 다르게 됩니다. 같은 손전등에서 나온 빛을 보더라도, 빛의 속력으로 따라가는 사람과 손전등을 보고 있는 사람이 보는 빛이 다릅니다. 그리고 그 모습을 다른 곳에서 지켜보고있는 우리에게도 그 빛은 다릅니다. 손전등 빛이라는 하나의 사건이, 보고있는 사람에 따라서 달라지게 되는 것이죠. 여기서 달라지는 것은, 시간입니다.
그러니까 생각의 흐름을 요약하자면.
1. 빛은 '나아간다는 변화' 그 자체다.
2. 그런데, 빛과 따라가면서 보면 '나아간다는 변화'가 없어진다?!
3. 이는 곧 빛이 없어지는 건데, 이건 말이 안되니까 '빛의 속력은 누구에게나 일정하다' 라고 하자.
4. 어? 그런데 빛의 속력이 누구에게나 일정하려면 같은 사건이 다른 사람에 대해 달라지잖아? 뭐가 사건을 다르게 하는 거지?
5. 그래, 시간이 사건을 다르게 하는 거야!
라고 할 수 있겠네요.
죄송하지만 할일을 하러갈 시간이 되어버렸네요. 도움이 되신 분들이 있다면,
2. 타고 있는 사람도 늙어서 죽고, 밖에 있는 사람도 같은 나이를 먹고 죽는다.
3. 움직이는 버스를 따라가며 보면 움직이지 않는 듯 한데, 속력에 따라 시간이 느려진다면, 버스 계기판의 속력에 따라 느려지는 걸까? 아니면 내가 보기엔 움직이지 않으니 느려지지 않는 걸까?
4. 중력은 어떻게 시공간을 휘는가?
5. 빛의 속력에 가까워지면 실제로는 무슨 일이 일어나는가?
를 더 써보고 싶네요.
도움되신 분들이 없어도 혼자 삘받아서 올릴지도 몰라요 ㅋㅋㅋ
그럼, 감사합니다! 질문은 댓글로 해주세요.
(사진을 구글에서 긁어왔습니다. 사진 주인 분들께 죄송합니다)
