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상대성 이론 Theory of Relativity |
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1. 개요
亞 光 速 / near-light speed, relativistic speed[1]아광속이란 빛의 속도에 근접한 속도이다.
상대성 이론에 따르면 물질은 빛의 속도와 같거나 빠르게 움직일 수 없으므로 우주 안에서 최대속도는 아광속이다. 아광속의 속도를 표현할 때는 광속의 몇배, 혹은 몇 퍼센트라는 식의 표현이 흔한데, 너무 빠르다보니 다른 단위를 써도 잘 체감이 안 되고, 이런 속도를 다룰 때 가장 중요한 상대성 이론의 영향을 계산할 때 광속의 몇배라고 표기하는 게 편리하다. 광속을 c로 표기하므로 광속의 0.9배는 0.9c, 광속의 0.99배는 0.99c 같은 식.
상대성 이론에 따르면 시간이 느리게 가게 된다고 한다. 결국 반대로 정의하자면 '상대성 이론에 따르는 각종 효과가 체감 상으로 느껴질 정도의 속도' 정도의 속도가 되겠다.
빛의 속도의 90% 정도의 속도(0.9c)가 되면 시간이 1/2로 느려지고 공간이 1/2 수축하며 정지질량이 2배 늘어난다. 로런츠 변환 참고.
때문에 충분히 빠르다면 식량이나 냉동수면 등이 필요없다. 공간수축으로 인한 시간지연으로 인해 눈 깜짝할 사이에 은하계 끝까지 이동할 수 있기 때문.
그리고 이 시간지연으로 인해 강력한 청색편이가 일어나 이동 방향에서 엄청난 양의 에너지가 쏟아진다.[2] 그리고 이 시간지연은 놀라운 효과를 만들어내는데 탑승자 입장에서 지구의 시간은 정지한 것처럼 느려져 보이고 도착 후에는 출발 전 시간과 동일하게 흐른다. 왜냐하면 5만 광년 떨어진 곳으로 이동하여 5만 년이 흘러버리더라도 탑승자에게는 5만 년 전 지구의 빛이 오기 때문이다. 대신 돌아갈 때는 지구의 시간이 급격하게 흐르기 때문에 돌아왔을 때는 10만 년이 지나게 되어버린다.
만약 지구에 대해 아광속으로 움직이는 사람이 있다면, 자신의 시간이 느려졌다는 것을 느끼지는 못한다.
따라서 픽션에서의 냉동수면이나 세대 우주선 같은 건 실제로 광속과 거의 같은 속도에선 쓰여지지 않을 기술들이다. 마찬가지로 워프같은 것이 없어도 광속과 거의 같은 속도로 가속만 할 수 있다면 얼마든지 우주여행이 가능하다. 물론 이론이 그렇다는 것이고 현실적으로는 광속의 90%까지 도달해도 평소의 절반밖에 시간 지연이 일어나지 않으므로 광속에 99% 수렴하는 수준이 아니고서야 몇 광년이나 되는 거리를 일반적인 여행처럼 오가는 것은 불가능할 것이다. 대신 위에서 설명하였듯이 아광속상태에서는 우주 자체가 찌그러지면서 등방성이 깨지고 에너지를 포집하기 더 쉬워지기 때문에 90%까지 도달하는 것은 어려워도 99%까지 도달하기위한 에너지를 얻는 것은 간단할 것이다. 간단하게 펠티어 소자만 달아도 한쪽은 고온 반대편은 저온이 되어 발전된다.
아광속으로 비행하는 우주선은 도착지에서 관찰할 경우 이동방향에 청색편이로 인해 감마선[3]을 방출하고 강력한 중력파를 만들기 때문에 충돌하지 않아도 근접하는 것만으로도 위험해지므로 먼곳에서 미리 감속하고 진입해야 한다. 감마선 문제는 우주선에 프레넬 렌즈를 이용해 반사 방지 처리를 해두었다면 안전하겠으나 중력파만큼은 막을 수 없을 것인데 가속정도에 따라 목성이나 중성자별급의 중력을 만드는 것도 가능하다. 물론 이 정도의 가속이 가능한 우주선을 만들 정도의 문명을 가졌다면 이런 문제쯤은 해결할 수 있을지도 모른다.
2. 매체에서
우주를 넘나드는 SF 장르에서 초광속 항행과 함께 기본으로 달고 나오는 설정이다. 초광속은 항성계를 넘어갈 때, 아광속은 항성계 안에서 항해할 때.은하철도 999의 999호는 별로 안 그래 보이지만 광속의 99.9%의 속도(0.999c)로 달린다.
우주세기에서는 미노프스키 드라이브가 이론상 아광속도 낼 수 있다고 한다.
톱을 노려라!의 세계관에선 흔하게 아광속을 사용한다.[4]
소닉 더 헤지혹 시리즈의 등장인물 중 소닉 더 헤지혹이 슈퍼 소닉으로 변신했을 때 설정상 기본 속도가 아광속이 된다. 최고속도는 불명.
스타워즈에서는 거의 밥먹듯이 나온다. 하이퍼스페이스가 아니면 죄다 그거다.
블랙 불릿에서는 직경 80cm 이하 길이의 물체[5]를 아광속으로 발사할 수 있는 하늘의 사다리라는 초대형 레일건이 존재한다. 작중 사토미 렌타로는 스테이지 V 등급의 가스트레아를 상대하기 위해 자신의 바라늄 의수를 떼어내어 가스트레아를 섬멸하는데 성공한다.
물리 문제에서 상대성 이론 문제가 나오면 철수가 자주 아광속으로 날아다니거나 맞는다. # 메탈슬러그 2 드립은 덤. # #
3. 관련 문서
[1]
상대성 이론(theory of relativity)과 관련 있는 속도라 하여 명명되었다.
[2]
다행히 이 에너지는 금속제
프레넬 렌즈등으로 굴절시켜서 간단히 막을 수 있고 광전효과 등으로 포집하여 엔진의 동력원으로 바꿔 더 빠르게 가속시킬 수도 있다. 그리고 완전한 진공이 아니라서 일부 수소원자가 떠돌기도 하는데
이를 연료로 쓰는 방법도 있다. 이동방향의 별들은 중력이 강해지고 반대편에 있는 별들은 중력이 사라지는데 미미한정도지만 가속에 도움이 된다. 하지만 우주의 팽창때문에 이렇게 수집할 수 있는 에너지는 무한하지 않다.
[3]
엄밀히 말하면 감마선은 방사선의 일종이라 틀린 표현이지만 고진동수의 고에너지 전자기파라는 인식이 있으므로 감마선이란 표현을 사용했다. 대부분은 전방에서 오는 방사선들을 반사해서 생기지만
흑체복사로인해 우주선 자체에서도 발생한다.
[4]
작중에서 주인공이 아광속으로 항해하는 우주함대에 탑승해서 6개월 동안 작전을 펼치고 지구로 귀환했는데, 지구에서는 이미 10년이 지나있었다는 연출이 나온다.
[5]
최대 질량은 알려지지 않은 듯 하다.