특수 상대성 이론에서 속도의 한계

특수 상대성 이론에 대한 글을 작성하기에 앞서 특수 상대성 이론의 두 가지 가설, 즉 상대성 원리와 광속 불변 원리에 대한 내용을 아래와 같이 작성하였었는데요, 덧붙여 우리가 낼 수 있는 속력의 한계에 대한 내용을 정리해 보려고 합니다.

 

2024.03.12 - [과학] - 특수 상대성 이론의 두 가지 가정에 대해

특수 상대성 이론의 두 가지 가정에 대해

 

빛의 속도는 한계 속도

달리는 차에서 전구를 켜서 빛을 비추었다고 생각을 해봅시다. 광속 불변 원리에 의해 달리고 있는 자동차에서 관찰할 때나 밖에 서 있는 사람이 관찰할 때나 빛의 속도는 동일하게 c가 됩니다. (직관적으로 이해되기 어려울 수도 있지만 그냥 받아들이는 것이 마음 편합니다.) 그런데, 만약에 자동차가 광속과 동일한 c의 속력으로 달리고 있다고 가정을 해보죠. 

 

달리는 자동차에서 빛을 비추었을 때, 자동차에서 보든 밖에 정지한 사람이 보든 광속은 c

 

자동차가 광속으로 달리는데 자동차에서 빛을 비추었으니 밖에 서 있는 사람의 눈에는 자동차와 빛이 동일한 속도로 보이게 되고 같은 지점에 자동차가 빛과 함께 도착을 하게 됩니다.

 

그런데, 자동차 안에 있는 사람의 입장에서 빛과 자동차가 동시에 같은 지점에 도착을 할 수가 없죠. 자동차보다 빛이 먼저 도착할 수밖에 없어야 하니까요.

 

그렇다면 이 모순을 해소하기 위해서 하나의 가정이 필요하게 되는데, 바로 자동차가 광속으로 움직일 수가 없어야 한다는 것이 됩니다. 따라서 이러한 내용에 대한 개념이 등장하게 되는데, 바로 어떠한 물질도 진공 중에서 빛의 속력인 광속 c로 운동하는 것은 모든 관성좌표계에서 불가능하다는 것입니다. 단순하게 광자를 제외한 어떤 물체든 빛의 속도로 움직일 수가 없다, 광속은 한계 속도가 된다고 이해하면 됩니다.

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아인슈타인의 특수 상대성 이론에 대한 내용을 살펴보기 전에 두 가지 가설인 상대성 원리와 광속 불변 원리, 그리고 광속이 한계 속도가 되는 것까지 정리하였습니다.