빛의 속도보다 빠른 속도로 움직일 수 있는가 없는가? 대답은 '아니오. 우리가 일반적으로 빛의 속도라고 부르는 보편적인 속도 제한은 우주가 작동하는 방식의 기본입니다. 이전에 들어 본 적이 없다면 이것을 상상하기 어렵지만 과학자들은 외부 관찰자가 볼 때 더 빨리 움직일수록 공간 차원이 더 많이 수축하고 시계가 느리게 간다는 것을 발견했습니다. 다시 말해, 공간과 시간은 모든 것이 항상 같은 방식으로 일어나는 고정된 배경이 아닙니다. 대신 공간과 시간이 휘어질 수 있습니다.
아인슈타인의 상대성 이론의 기초가 되는 방정식을 보면 빛의 속도에 접근함에 따라 순방향의 공간 차원이 0으로 줄어들고 시계가 멈춘다는 사실을 알게 될 것입니다.
길이가 0이고 시간의 진행이 없는 기준 프레임은 실제로 존재하지 않는 기준 프레임입니다. 따라서 이것은 공간과 시간이 실제로 이 지점 밖에 존재하지 않는다는 단순한 이유 때문에 빛의 속도보다 빠르게 움직일 수 없다는 것을 알려줍니다.
'속도'라는 개념은 일정 시간 동안 우주를 이동한 일정 거리를 측정해야 하기 때문에 속도라는 개념은 물리적으로 빛의 속도를 벗어나는 존재조차 하지 않는다. 사실 '빛보다 빠르다'는 말은 물리적으로 무의미하다.
아인슈타인의 상대성 이론이 틀렸다고 말할 수도 있습니다. 그러나 이제 상대성 이론을 지지하는 증거가 너무 많아 그것이 틀렸다면 이러한 기본 원칙을 변경하지 않는 사소한 정도까지 틀렸어야 합니다.
그러나 빛보다 빠른 것은 없다는 한계가 보이는 것처럼 보편적인 것은 아니다.
원리의 보다 정확한 공식은 다음과 같습니다. "어떤 것도 빛보다 국부적으로 더 빨리 이동할 수 없습니다." 이것은 우리가 non-local scale을 사용한다면 실제로 빛의 속도를 초과하는 효과적인 속도를 얻을 수 있다는 것을 의미합니다.
예를 들어, 웜홀이 존재하는 경우 이를 사용하여 지구에서 알파 센타우리까지의 경로를 단축할 수 있습니다. 지구에서 알파 센타우리로 전달되고 웜홀을 통과하지 못한 적은 양의 빛에 비해 당신은 더 빨리 여행할 것입니다. 즉, 당신은 별에 가장 먼저 도달하는 것입니다. 이것은 빛의 속도를 국부적으로 초과한 적이 없기 때문에 허용됩니다. 다른 광선이 지구에서 알파 센타우리로 향하고 우리와 함께 웜홀을 통과하면 우리는 그것을 어떤 식 으로든 추월 할 수 없습니다.
또 다른 예: 우주에는 빛의 속도를 초과하는 속도로 서로 멀어지는 먼 은하가 있습니다.
그러나 빛보다 빠르게 움직일 수 있는 것이 없다면 어떻게 은하가 빛의 속도보다 빠르게 움직일 수 있습니까?
팽창하는 우주를 상상해보십시오. 그것은 은하들이 폭발의 일부로 날아가는 특정 위치에서의 폭발이 아닙니다. 이것은 공간의 확장입니다. 중심이 없고 우주는 어떤 것으로도 팽창하지 않습니다.
당신이 은하계에 있고 우주가 팽창함에 따라 다른 모든 은하계가 당신에게서 멀어지는 것을 볼 수 있다고 상상해보십시오. 그리고 다른 은하계로 날아가면 다른 모든 사람들이 여전히 당신에게서 멀어지고 있음을 알 수 있습니다.
흥미로운 것은 더 멀리 있는 은하가 우리에게서 더 빨리 멀어지고 있다는 것입니다. 은하가 멀수록 우리에게서 더 빨리 멀어집니다.
이것은 허블 상수에 의해 입증됩니다. 우리와 먼 은하 사이의 거리가 메가파섹(megaparsec)일 때마다 우리를 분리하는 속도는 초당 약 71km씩 증가합니다. 두 개의 파섹으로 분리된 은하는 초당 142km씩 속도를 증가시킵니다. 4200메가파섹의 거리에 도달하자마자 두 은하는 빛의 속도를 초과하는 속도로 서로 멀어지게 됩니다.
역사상 최초의 빛인 우주 마이크로파 배경 복사는 모든 방향으로 460억 광년 떨어져 있습니다. 4,200 메가파섹은 137억 광년이 조금 넘습니다. 그러나 4200 메가파섹 이상 떨어져 있는 물체를 위한 공간이 많다는 것을 이해해야 합니다.
즉, 우리가 볼 수 있는 대부분의 우주는 이미 빛의 속도를 초과하는 속도로 날아가고 있습니다. 그러나 빛의 속도보다 빠르게 움직이는 은하의 빛을 어떻게 볼 수 있습니까? 우주 마이크로파 배경 복사를 어떻게 볼 수 있습니까?
은하계에서 방출된 빛은 우리를 향해 움직이고 있는 반면 은하계 자체는 우리에게서 멀어지기 때문에 은하계의 모든 별에서 방출되는 광자는 여전히 우리에게 도달할 수 있습니다. 이 빛의 파장은 뻗어 나와 스펙트럼의 빨간색 끝으로 더 나아가 적외선, 마이크로파, 심지어 전파로 들어갑니다. 시간이 지남에 따라 광자는 너무 멀리 확장되어 우리가 은하계를 전혀 감지할 수 없을 것입니다.
머나먼 미래에는 오늘날 우리가 보고 있는 모든 은하와 모든 방사선이 사라지고 감지할 수 없게 될 것입니다. 먼 미래의 천문학자들은 빅뱅이나 우리 지역 은하군 외부에 어떤 것이 있었다는 것을 알지 못할 것입니다.
2021-09-29 19:08:51
작가: Vitalii Babkin