이글은 아인슈타인 특수상대성이론을 설명하는 글은 아닙니다. 특수상대성이론이 틀렸다고 주장하는 근거로 대는 것이 보통 잘못 이해하기 때문에 생기는 일입니다. 이 사례도 그런 예 중의 하나입니다.
어디서 본 질문을 다시 각색해서 문제를 다시 변형해본것입니다.
동시가 상대적이란 것은 받아들이겠는데 아래 상황은 말이 안된다며 상황설정을 했습니다. 특수상대성이론에 항상 등장하는 기차가 있습니다. 은하철도 999의 철이가 기차 한가운데 폭죽을 설치합니다. 폭죽은 도화선이 두개가 달렸고, 두 도화선이 동시에 불이 붙을 때만 터지는 폭죽입니다. 그리고, 도화선을 길게 늘여뜨려 기차의 앞과 뒤에 불을 붙일 수 있는 장치를 연결해둡니다. 폭죽이 있는 한 가운데로 가서 그 기폭장치의 버튼을 누릅니다. 무선장치라 빛의 속도로 신호가 전달되어 기차의 앞,뒤에 있는 기폭장치가 작동합니다. 도화선은 타들어 오고, 한가운데에서 도화선의 불꽃이 동시에 도착했습니다. 그래서, 폭죽이 터졌습니다.
그럼, 동시는 상대적인 것으로 기차 밖의 역장이 바라보기에 동시가 아닙니다. 이건 받아들이겠다는 것입니다. 그러면 기차 뒤쪽의 기폭장치가 먼저 작동하고, 기차 앞쪽의 기폭장치가 나중에 작동한다는 뜻인데, 그렇다면 도화선의 불꽃이 타들어가는 속도가 같으니까 한가운데로 동시에 도착하지 못하는 것이고, 폭죽은 터질리가 없다는 것입니다. 그럼, 철이한테는 터지는 폭죽이 역장이 바라보기에는 터지지 않는 일이 일어난다는 것인데.. 그렇다면 특수상대성이론이 틀렸다는 것이지요.
‘도화선의 불꽃이 타들어가는 속도가 같으니까’ 이 부분을 고집하기 때문에 이상한 결과에 도달한 것입니다. 아인슈타인특수상대성이론이 단순히 시간팽창, 공간 수축만 일어나는게 아닙니다. 온갖 물리 법칙을 다 수정하게 됩니다. 그래서, 우리가 생각하는 속도계산법도 결과가 바뀝니다.
은하철도 999 가 V (=c/2) 의 속도로 달린다고 합시다. 도화선의 불꽃의 속력이 u 라고 하면 뒤쪽에서 앞쪽으로 가는 불꽃의 속력은 V+u, 앞쪽에서 뒤쪽으로 가는 불꽃의 속력은 V-u, 그러니까, 가운데 철이는 V 의 속력으로 움직이고, 철이가 보는 불꽃은 u 의 속력으로 똑같은 속력으로 다가올거라고 생각하는 거죠. 도화선의 성질은 똑같으니까요…
하지만, 특수상대성이론에서 얻게 되는 역장이 바라보는 도화선 불꽃의 속력은 단순 더하기 빼기인 V+u 가 아닙니다. V+u / ( 1 + uV/c^2) 입니다. 뒤쪽에서 앞으로 가는 불꽃은 V+u / ( 1 + uV/c^2) , 앞에서 뒤로 가는 불꽃은 V-u / ( 1 – uV/c^2) 로 뒤에서 앞으로 가는 불꽃이 약간 느립니다. 그러니까, 불꽃이 동시에 폭죽에 도착하여 폭죽이 터지는 것은 역장에게도 일어나는 일이며, 역장이 바라보기에는 당연히 뒤쪽 기폭장치가 먼저 작동해서 가능한 일입니다.
우리가 도화선의 성질이 똑같은 속도로 타들어갈 것이라고 생각하는 것도 도화선이 움직이지 않는 철이가 바라본 성질일뿐, 움직이는 도화선의 불꽃이 타들어가는 속력과는 성질이 다릅니다. (우리가 배운 아주 느린 속력에서 일어나는 물리법칙을 다시 써야하는 것입니다. 인간이 만든 가장 빠른 로켓도 속력이 고작 10km/s 입니다.* 빛의 속력의 1/30000 밖에 안됩니다. 우리가 빛에 가까운 빠른 속력에서 일어나는 일을 경험하기 어려우니 로렌츠 변환으로 계산하여 그걸 경험으로 바꿔서 생각해야합니다. )
* 지구에서 쏘아올린 로켓이 태양쪽으로 떨어지면(?) 속력이 빨라질수도 있겠네요. 그래도 200km/s 밖에 안되는 군요
https://m.news.naver.com/hotissue/read.nhn?sid1=110&cid=1017777&iid=49631787&oid=081&aid=0002954681
고등학교에서는 이런 속력의 변화를 아인슈타인 특수상대성이론에서 배우지 않습니다. 저는 고등학교에서 그렇게 일부만 가르쳐서 이상한 이론으로 만들지 말고, 고등학교 교육과정에서 빼는걸 간곡히 바라고 있습니다. 아니면 제발 수능 시험범위에서라도 뺍시다. 수능에 안 나오면 이상한 공부는 안 할테니.. 진짜 궁금하면 제대로 공부할 테고..
검색창에서 "수험생물리"를 검색하시면 다시 찾아올 수 있습니다.
다른 글을 더 읽어 보시겠습니까? 개념지도를 클릭해보세요.
구글 맞춤검색을 이용할 수 있습니다.