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"빛보다 더 빨리 이동하는 것은 없다."라는 말을 들어본 적이 있을 것이다. 실제로 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면 빛은 우주의 속도 제한을 설정하지만, 많은 과학적 개념과 마찬가지로 이것을 이해하는 것은 그리 간단하지 않다. 이 아이디어는 대부분의 시나리오에서 사실이지만 그렇지 않을 수 있는 몇 가지 조건이 있다.
이 목록은 빛보다 더 빨리 이동할 수 있는 것들에 대한 여러 이론을 탐구하고 있다. 이 중 일부는 아직 증명되지 않았지만, 실현 가능한 이론이 많다. 초광속 운동이 가능한지 궁금하다면? 사진을 통해 확인해 보도록 하자!
빛은 정말 빠르다. 이것은 초당 186,282마일(초속 약 30만 킬로미터)의 아주 빠른 속도다.
인간이 궤도에서 가장 빠른 속도로 이동한 것은 시속 24,816.1마일(약 39,937.7km/h)의 아폴로 10호였다.
빛은 질량이 없는 입자이므로 이러한 속도를 낼 수 있다. 질량이 이 속도로 이동하려면 엄청난 양의 에너지가 필요하다.
또한 질량은 빛의 속도가 가속함에 따라 증가하므로 이론적으로는 전체 과정에 연료를 공급하기 위해 무한한 에너지원이 필요하다.
그리고 상황을 더욱 어렵게 만드는 것은 물체에 저항하는 무한한 관성 질량이다. 이것 때문에 물체가 빛보다 빠를 수 없을까? 아니면 물체가 빛보다 빠른게 가능할까?
아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면 빛은 진공 상태에서 다른 어떤 것보다 빠르게 이동한다. 그렇다면 빛이 진공 상태에서 이동하지 않으면 어떻게 될까? 다음 사진을 통해 알아보자.
빛이 물속을 통과할 때도 마찬가지다. 임페리얼 칼리지 런던의 이론 물리학자 클라우디아 드 람은 "빛이 유리나 물방울과 같은 매질을 통과할 때 빛의 주파수나 색이 다른 속도로 이동한다"고 설명했다.
이는 무지개에서 볼 수 있으며, "위쪽은 길고 빠른 빨간색 파장, 아래쪽은 짧고 느린 보라색 파장"을 관찰할 수 있다.
따라서 빛은 실제로 물을 통과할 때 속도가 느려진다. 이것은 빛이 진공을 통과하지 않는 예이며, 이는 실제로 속도가 변할 수 있음을 의미한다. 하지만 그 반대가 일어날 수 있을까?
감마선 폭발은 빛보다 더 빠르게 이동하는 것으로 추정되는 물체의 한 예다.
별들은 붕괴하거나 충돌할 때 밝은 폭발을 일으킨다. 사실 별들은 우주에서 가장 밝은 폭발을 일으킨다.
감마선 폭발의 원인이 된 폭발은 빛의 속도보다 가스 구름을 더 빠르게 통과할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이는 감마선 폭발이 우주의 진공 상태가 아닌 먼지 구름 속에 존재하기 때문에 가능한 일이다.
예를 들어 빅뱅이 있다. 빅뱅이 일어났을 때 빈 공간은 빛보다 더 빠르게 확장되었다.
양자 얽힘은 기괴한 장거리 연애와 같다. 두 아원자 입자가 광년으로 분리되어 있음에도 불구하고 서로 연결될 수 있다.
이론에 따르면 한 입자에 유도된 변화는 서로 아무리 멀리 떨어져 있어도 다른 입자에 영향을 미친다. 그렇다면 이것은 빛보다 더 빠르게 이동하는 무언가가 두 입자를 연결한다는 것을 의미할까?
아인슈타인이 말한 이 "유령 같은 원격작용"은 파악하기 쉽지 않은 개념이지만, 간단히 말해 이 연결은 빛의 속도보다 빠르게 이동하는 무언가의 효과라기보다는 무작위성의 산물로 보인다.
속도를 사용하면 특정 시간에 정해진 거리를 건널 수 있다. 예를 들어 시속 100마일의 속도로 100마일을 이동하면 그 거리를 이동하는 데 1시간이 걸린다. 웜홀을 지름길이라고 생각하자. 이 경우 1시간보다 더 빨리 목적지에 도착할 수 있다.
하지만 주의할 점이 있다. 우주에서 웜홀을 실제로 본 사람은 아무도 없다. 하지만 그 이면에 숨겨진 과학은 존재한다(일부 이론에서는 이를 우주 여행에 사용할 수 있다고 제안하기도 한다).
두 개의 블랙홀은 잠재적으로 우주 어딘가에서 서로 연결되어 시공간을 휘어지게 하는 충분히 큰 공간을 만들 수 있다.
간단히 말해, 한 구멍으로 당겨져 다른 블랙홀의 반대편으로 나올 수 있다.
사과와 같은 모양은 웜홀을 시각화하는 좋은 방법이며, 위를 통과하여 아래로 나온다. 이 지름길이 빛의 속도보다 빠를 수 있을까? 잠재적으로 그렇다. 하지만 먼저 웜홀이 실제로 존재한다는 증거가 있어야 한다.
알큐비에레 워프 드라이브는 우주선이 빛의 속도보다 더 빠르게 이동할 수 있다는 추측에 가깝다. 진공 상태에서 이동하기만 하면 된다. 우주선의 앞쪽 공간이 수축되고 뒤쪽 공간이 확장되면 우주선은 고립된 랩 버블처럼 이동할 수 있다.
수학적으로 이 이론은 유효하지만, 지금까지 랩 버블을 만드는 NASA의 실험은 결론을 내리지 못했다.
크라스니코프 튜브 이론은 알쿠비에레 워프 드라이브를 기반으로 한다. 크라스니코프 튜브는 우주선 뒤에 랩을 만들어 여행할 수 있는 메커니즘이다.
랩을 통해 목적지까지 이동하는 동시에 우주선이 다시 이동할 수 있는 '튜브'를 만들 수 있다.
이 튜브는 시간을 풀어주기 때문에 수천 년이 걸리는 여정을 불과 몇 년 만에 초광속 터널을 통과할 수 있다. 적어도 이론적으로는 말이다...
일부 입자는 장벽을 뚫고 터널을 뚫을 수 있다. 1932년에 발견되었지만 1962년에야 반도체 엔지니어 토마스 하트먼이 이에 관한 논문을 발표했다.
이는 엄청난 규모였으며 수년 동안 과학자들은 이를 실험해 왔다. 양자 터널링은 빛보다 더 빠른 여행을 가능하게 하는 것으로 보인다.
출처: (Phys.org) (Livescience) (Sci News) (Space.com) (Scientific American)
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라이프 스타일 과학
"빛보다 더 빨리 이동하는 것은 없다."라는 말을 들어본 적이 있을 것이다. 실제로 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면 빛은 우주의 속도 제한을 설정하지만, 많은 과학적 개념과 마찬가지로 이것을 이해하는 것은 그리 간단하지 않다. 이 아이디어는 대부분의 시나리오에서 사실이지만 그렇지 않을 수 있는 몇 가지 조건이 있다.
이 목록은 빛보다 더 빨리 이동할 수 있는 것들에 대한 여러 이론을 탐구하고 있다. 이 중 일부는 아직 증명되지 않았지만, 실현 가능한 이론이 많다. 초광속 운동이 가능한지 궁금하다면? 사진을 통해 확인해 보도록 하자!