과학자들이 밝혀낸, '빛(광자)'에 대한 가장 충격적인 사실 5가지

 

아침을 깨우는 햇살, 방을 밝히는 전등, 스마트폰 화면의 화려한 색깔...

 

우리는 빛으로 가득찬 세상에 살고 있으며, 그것을 너무나 당연하게 여깁니다.

 

하지만, 만약 우리가 빛이라고 부르는 이 모든 현상의 본질, 즉 광자(photon)의 세계가, 우리의 상식을 아득히 뛰어넘는 기괴하고 소름돋는 규칙들로 이루어져 있다는 사실을 알고 계신가요?

 

오늘은 당신이 빛에 대해 가졌던 모든 상식을 파괴할, 양자역학이 밝혀낸 '광자'의 가장 충격적인 진실 5가지를 알아보겠습니다.

 

 

 

5. 질량은 없는데, 물체를 밀 수 있다.

 

솔라 세일

 

 

상식적으로, 무언가를 '밀어내려면' 질량이 있어야 합니다.

 

하지만 광자는 질량이 '0' 입니다.

 

그런데도, 광자는 다른 물체를 밀어낼 수 있습니다.

 

이것은 '솔라 세일(Solar Sail)'이라는 우주 항해 기술로 증명됩니다.

 

 

거대한 돛을 단 우주선이, 바람 한 점 없는 우주 공간에서 오직 태양에서 날아온 햇빛(광자)의 압력만으로 가속하며 나아가는 기술이죠.

 

마치 유령이 벽을 통과하지 못하고 밀어내는 것과 같은, 기묘한 현상입니다.

 

 

4. 파동이자 동시에 입자다.

 

 

'입자(알갱이)'와 '파동(물결)'은 완전히 다른 성질입니다.

 

하지만 광자는 이 두가지 성질을 동시에 가집니다.

 

더 무서운 것은, 우리가 '관측'하는 순간 자신의 정체를 바꾼다는 점인데요.

 

전설적인 '이중 슬릿 실험'에서, 과학자들은 광자가 파동처럼 움직이는 것을 확인했습니다.

 

 

하지만 그들이 "어떤 구멍으로 통과하는지 지켜보자"하고 관측 장비를 들이대는 순간, 광자는 귀신같이 알아채고 파동의 성질을 버린 채, 마치 고체 알갱이처럼 행동했죠.

 

마치 빛이 우리의 관측을 '알아채고' 자신의 행동을 바꾸는 것처럼 말입니다.

 

이것은 현대 물리학에서 가장 풀리지 않는 미스터리 중 하나입니다.

 

 

3. 당신은 언제나 '과거'를 보고 있다.

 

 

빛의 속도는 유한합니다.

 

그래서 우리가 무언가를 '본다'는 것은, 사실 그 물체에서 반사된 빛이 내 눈까지 날아온 것을 인지하는 것이죠.

 

즉, 우리는 언제나 '과거'의 모습을 보게 되는 겁니다.

 

▪ 지금보고 있는 모니터 화면은 수 나노초(10억 분의 1초) 전의 과거입니다.

▪ 달을 보면, 1.3초 전의 달을 보는 것입니다.

▪ 태양을 보면, 8분 전의 태양을 보게 됩니다. (만약 태양이 지금 당장 사라져도, 우리는 8분 뒤에나 그 사실을 알게 됩니다.)

▪ 밤하늘의 북극성은, 무려 433년 전(조선 선조 시절)에 출발한 빛입니다.

 

북극성

 

 

밤하늘의 모든 별빛은, 까마득한 과거에서 당신에게 도착한 빛인 셈입니다.

 

 

 

2. 그 무엇도 빛보다 빠를 수 없다.

 

 

아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면, 질량을 가진 물체는 속도가 빨라질 수록 질량이 무한대에 가깝게 늘어납니다.

 

따라서 빛의 속도에 도달하려면 '무한대'의 에너지가 필요하게 되죠.

 

즉, 불가능하다는 겁니다.

 

 

빛의 속도는 단순한 '속도'가 아니라, 이 우주가 작동하는 방식을 규정하는 시스템과도 같습니다.

 

광자는 그 시스템이 정한 절대적인 법칙 그 자체인 셈입니다.

 

우리가 결코 거스를 수 없는 우주의 가장 기본적인 법칙니다.

 

 

1. 광자에게 시간은 흐르지 않는다.

 

 

자, 이제 가장 충격적인 진실입니다.

 

특수 상대성 이론에 따르면, 빛의 속도에 가깝게 움직일수록 시간은 점점 더 느리게 흐릅니다.

 

그렇다면, 빛의 속도로 움직이는 광자 자신에게 시간은 어떻게 흐를까요?

 

아인슈타인의 계산에 따르면, 정답은 '흐르지 않는다' 입니다.

 

 

138억 년 전, 빅뱅과 함께 태어난 한 광자가 우주 끝에서 출발해 오늘 당신의 눈에 닿았다면, 그 광자 입장에서는 태어남과 동시에 당신의 눈에 도착한 겁니다.

 

광자에게 138억 년이라는 시간은 존재하지 않습니다.

 

시작과 끝이 동시에 일어난 것이죠.

 

이것이 바로, 우리가 사는 4차원 시공간의 가장 기묘하고 위대한 비밀입니다.

 

실제 광자의 모습

 

어떻게 보셨나요?

 

광자의 비밀을 알게된 당신은, 이제 햇빛을 보더라도, 예전처럼 평범하게 보이지는 않을 겁니다.

 

 

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