빛의 관점에서 볼 때 시간은 정적입니까?

특수 상대성 이론의 시계 슬로우 효과에 따르면 속도가 빠를수록 속도가 광속에 도달하면 시간이 멈춘다고 생각하는 사람들이 많다. 사실, 빛의 관점에서 볼 때, 빛은 각도가 없기 때문에 시간은 동결되지 않습니다. 광속 참조 시스템이 없어 빛을 정지시킬 수 있다. 이것은 아인슈타인의 특수 상대성 이론의 기초이며, 지난 100 년 동안 많은 실험에 의해 증명되었다. 특수 상대성 이론의 전체 틀은 두 가지 기본 가설에 기반을 두고 있다. (1) 모든 관성 참조 시스템에서 물리 법칙은 변하지 않는다. (2) 모든 관성 참조 프레임에서 진공의 광속은 변하지 않는다.

빛이 정지 상태에 있는 이른바 광속 참조 시스템이 있다면, 이는 좁은 상대성론의 두 번째 기본 가설을 위반한 것이다. 참조 시스템마다 빛의 속도가 다르기 때문이다. 즉, 빛의 속도는 일부 참조 프레임에서 C 이고, 정적 광속 참조 시스템에서는 0 이기 때문이다. 가설 2 를 포기한다면, 협의상대성론의 전체 이론은 버려진다. 왜냐하면 협의상대성론은 이 두 가설에서 파생된 것이기 때문이다.

누군가가 물었다. "빛에 참조 프레임이 있다고 가정하면 어떻게 될까요?" 이 질문은 무의미한 대답으로 이어질 것입니다. 일단 이렇게 가정한다면, 전체 협의상대성론을 모두 버려라. 실제로 존재하는 모든 참조 프레임에서 빛은 시공간을 정상적으로 가로지르는데, 그 속도는 항상 C 를 유지한다.

길이 수축 효과

특수 상대성 이론은 정지 관찰자에 비해 움직이는 참조 시스템의 이동 방향에 대한 공간 차원이 짧아지고 시간 차원도 상대적으로 느려진다는 것을 알려 줍니다. 이러한 효과를 각각 "길이 수축" 및 "시간 팽창" 이라고 합니다.

지구상에서 우리는 너무 느리게 걷기 때문에 일상생활에서 이러한 효과를 알아차리지 못한다. 속도가 빛의 속도에 가까울 때만 길이 수축과 시간 팽창이 뚜렷해집니다. 광속은 매우 빠르며, 약 30 만 킬로미터/초로, 어떤 인간이 정지 관찰자에 비해 경험한 속도보다 훨씬 빠르다. 자 수축과 시계 슬로우 효과는 "정지된 관찰자에 상대적" 일 뿐이며, 모션 참조 프레임 자체에 비해 길이 수축이나 시간 팽창이 없습니다.

고속으로 달리는 우주선에서 우주비행사는 자신의 자가 짧아지는 것을 보지 못했고, 그의 시계도 느려지지 않았다. 반대로, 지상의 사람들은 우주선의 자가 짧아지고 시계가 더 느리게 가는 것을 보았다. 시계와 통치자에는 아무런 문제가 없습니다. 정지된 관찰자에 비해 공간 자체가 짧아지고 시간 자체도 느려졌다. 여러 번 검증된 이러한 흥미로운 효과는 위에서 언급한 두 가지 기본 가설에서 파생된 것이다.

시간 팽창 효과

특수 상대성 이론의 수학 연산은 정지 관찰자에 비해 참조 프레임이 점점 더 높은 속도로 이동할 때 공간이 점점 줄어들고 시간이 점점 느려지는 것을 보여 줍니다. 극한의 경우, 즉 속도가 진공의 광속에 도달하면 공간이 완전히 0 폭으로 수축되고 시간이 완전히 정지될 때까지 느려집니다. 어떤 사람들은 이런 수학적 한계를 광속으로 움직이는 빛으로 해석할 시간이 없다. 시간이 얼었기 때문이다.

그러나 이런 이해는 잘못된 것이다. 이런 극한 행동은 단지 광속 참조 시스템이 없고, 완전히 0 공간 폭과 완전히 0 시간이 흐르는 플라스틱의 참조 시스템이 존재하지 않는다는 것을 우리에게 알려주는 것이다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 시간명언) 우리가 설명하려는 엔티티가 시간과 공간 차원에서 모두 0 이라면, 우리는 이 엔티티가 어떤 의미 있는 방식으로 존재한다고 말할 수 없다. 광속이나 초광속 하에서는 시간과 공간이 존재하지 않는다. 따라서 C 에 가까운 속도의 한계는 단지 두 가지 가설을 재확인했을 뿐이다.

진공의 광속 아래에 유효한 참조 프레임이 없기 때문에 질량이 있는 물체는 영원히 광속에 도달할 수 없다. 빛의 속도에 도달하면, 존재하는 질량이 있는 물체는 존재하지 않는 참조 프레임으로 점프하는데, 이것은 불합리한 것이다. 현실에서, 질량이 있는 물체는 점점 더 빠르고, 광속 C 에 더 가까워질 수 있지만, 결코 광속에 도달하지 못할 것이다.

지금까지 인류가 얻을 수 있는 가장 빠른 속도는 광속의 99.99999995 로 스탠포드 선형 가속기는 질량이 매우 작은 전자만 이 정도로 가속할 수 있다. 이 아원자 입자의 속도를 이렇게 빛의 속도에 가깝게 하려면 한 도시보다 더 많은 전기를 소모해야 한다. 특수 상대성 이론은 또한 물체가 빛의 속도에 가까울수록 더 많은 에너지가 필요하다는 것을 알려준다. 물체가 빛의 속도에 가까워지면서 가속에 필요한 에너지도 빠르게 상승한다. 즉, 질량이 있는 물체가 진공에 도달하는 빛의 속도를 높이기 위해서는 무한한 에너지가 필요하다는 뜻이다.