언제나 그렇듯 방명록에 올라온 질문이다.

타임머신의 개념말인데요. 아이슈타인의 공식을 보면 확실히 속도가 빛의속도보다 빠르게되면 음수의 값을가져서 시간이 반대로 흐른다는건 공식을 보면 알겠는데요. 그게 어떻게되는건가요? 그러니까 실제로 빛의 속력으로 움직일때 견딜수있는 그러한 물질이있어서 속도보다 빠르게 날랐다. ?? 그후엔 어떻게되나요? 시간이 반대로간다..라??
혼자서 생각해봤는데요, 전 어릴때 아이슈타인 어쩌고 모를때 그냥 혼자서 생각했을때요 초딩때인가, 시간보다 빠르게 날라가면 이미 지나간 빛들을 앞서 나아가 그 빛을 봄으로써 과거의 일어난 일들을 눈으로 볼수있다. 라고만 생각했어요. 즉 눈을 통해 들어오는 빛을 인지해서 모든 사물을 보는거잖아요 현재의. 그럼 과거의 빛이 눈으로 들어올경우 과거의 일들을 반사해 비추는 빛들을 보게되니까 과거를 볼수있게되니까 확인은 가능할것이다. 라고 생각을 했는데.
과학자들이나 일반인들의 개념으로는 시간이 거꾸로 흘러가서 과거로 돌아가게된다라고하잖아요.
..... 너무두서없이 적어서 정리가안되는데, 위에 여러가지 질문들이 질문아니게 질문되었지만 젤 궁금한것은 타임머신이 인천공항에있다고 가정을하면요,
가속도가 붙어서 빛의 속력에 도달해야하니까 활주로를 달리 다가 빛의 속력과 일치하게되고 그이상을 달리게되면 ?? 그자리에서 사라지나요? 거기서 빛보다 더빨라지니까 과거로 돌아가게되니까 달리던 활주로를 빛이상의 속도로 역주행하게되나요? 행여나 어떻게해서든 눈앞에서 사라졌다고한다면 이제 이 타임머신은 어느공간에있나요? 2009년에서 1000년으로돌아간다고 하면 시간은 연속하니까 2009년부터 1000년 까지의 2008년 2007년 2006년 ....... 1002년 1001년 1000년 모두다 순간적으로 거친후에 1000년에 도달하게되나요?ㅇㅅㅇ?

너무 바빠서 대답을 생각할 틈이 없었다. 답변의 제 1단계는 질문을 이해하는 것이다.

일단 빛의 속력보다 빠른 "물질"은 존재하지 않는다. 이때, 존재한다는 단어의 뜻을 정확히 이해했으면 좋겠다. 물리학적인 관점에서 볼 때, 우리 우주에 존재한다는 말의 의미는 관찰 가능하다는 뜻이다. 또한, 관찰 가능하다는 말의 뜻은 상호작용이 가능하다는 뜻이다. 적어도 우리가 지금까지 알고 있는 물리학 법칙에 의하면, 빛보다 빠른 속력으로 움직이는 것은 우리가 일반적으로 알고 있는 "물질"과 상호작용할 수가 없다. 왜냐하면, 4가지 기본 상호작용인 중력, 강한 상호작용, 약한 상호작용, 전자기력을 전달하는 입자들이 모두 빛의 속력과 같거나 더 느린 속력으로 움직이기 때문이다. 중력과 전자기력과 강한 상호작용은 빛의 속력으로 전달되는 것이 확인되었고, 약한 상호작용은 그보다 느리다.

즉, 빛의 속력보다 빠른 물질이 "존재"하기 위해서는 우선 관찰할 수 있는 방법이 있어야 하고, 관찰할 수 있는 방법은 우리가 이미 알고 있는 4가지 상호작용이 아닌 새로운 상호작용을 도입해야만 한다. 이것은 초끈 이론의 완전한 이해만큼이나 어렵거나, 또는 그보다 훨씬 더 어려울 것이라고 생각한다. (내 개인적인 의견이다. 뭐...더 쉬울수도 있지만.)

또한, 빛의 속력보다 빠른 물질이 존재한다면 그 물질은 우리가 관찰하기 이전에 이미 이 우주를 빠져나갔을 것이다. 왜냐하면, 우리가 관찰할 수 있는 우주의 크기는 대략 150억광년 정도의 크기이고, 아무리 오래 살아남은 빛이라 하더라도 150억년 이상 달릴 수는 없었을 것이다. 즉, 우리가 관찰 가능한 그 어떤 것도 150억광년보다는 안쪽에 있다. 그런데 빛의 속력보다 빠른 물질은 150억년동안 달렸을 때 150억광년보다 더 멀리 갈 수 있다. 따라서 우주 초기에 존재했던 그런 물질은 이미 우리가 관찰할 수 있는 우주보다 바깥에 있다. 만약 그런 물질이 비교적 최근에 생성되었다 하더라도, 그 물질을 관찰하기 위해서 우리가 사용할 수 있는 수단이 없다. 지구 근처에는 없을 것이다. (있으면 관찰 했겠지...) 그럼 그 물질을 관찰하려면 빛을 이용해서 보는 수밖에 없는데, 빛보다 빠른 것을 빛으로 볼 수는 없다. 왜 그런지는 각자 생각해 보자.

두번째로, 빛의 속력보다 빠르게 달려가면 도플러 효과에 의해서 아무것도 볼 수 없다. 빛을 마주보면서 빛의 속력으로 달린다면 빛의 진동수가 무한대가 된다/. 반대로 빛과 같은 방향으로 달려가는데 빛의 속력으로 달려간다면 내가 보는 빛의 진동수가 0이 된다. 어떤 경우든지 아무것도 보이지 않을 것이다.
만약 빛의 속력보다 빠르게 된다면 진동수 부분에 허수가 나오게 된다. 진동수는 전자기파의 방정식에서 대략 다음과 같은 방식으로 포함되어 있다.
$E(x,t)=E(x)e^{ift}$
여기서 E는 전기장의 크기, x는 위치, t는 시간, i는 허수 단위(-1의 제곱근), f는 진동수이다.
만약 f에 허수가 들어간다면, 지수에 i가 두번 들어가므로 지수에 실수가 나오게 된다. 이 경우, 지수함수는 시간이 지날수록 기하급수적으로 증가하거나, 기하급수적으로 감소한다. 이 식은 전기장의 크기를 말하고, 이것은 빛의 밝기와 연관이 있다. 따라서 빛의 밝기가 시간이 지날수록 무한대로 밝아지거나, 무한히 어두워질 것이다. 빛의 밝기가 무한히 어두워진다면 우리는 캄캄한 장면만을 볼 수밖에 없다. 빛의 밝기가 무한히 밝아진다면 모든 빛이 감마선보다 더 짧은 파장의 빛이 되어버릴테니 여전히 아무것도 보이지 않는다. (우리 눈은 우리 눈에 보이는 것만을 볼 수 있다.)

세번째로, 타임머신의 구현 원리는 빛의 속력보다 빠르게 달려가는 것이 아니다.
http://ask.nate.com/qna/view.html?n=6128960
킵 손 교수가 제안한 원리는 웜홀을 통과할 때는 시간이 흐르지 않는다는 것을 이용한다. 즉, "나의 미래"를 "세계의 과거"에 연결시키는 것이다. 나 자신은 빛의 속력보다 빠르지 않다.

네번째로, 타임머신은 시간여행을 할 때 과거를 비디오테이프처럼 거꾸로 가는 것이 아니라 CD처럼 건너 뛰어버린다.
비디오테이프처럼 거꾸로 가는 것은 우리가 "반물질"이라고 부르는 것들이다. 반물질은 우리가 관찰할 때는 미래로 가는 것 처럼 보인다. 하지만 반물질의 행동을 설명하기 위해서는 반물질이 시간을 거꾸로 흘러가는 물질이라고 가정하는 것이 더 편하다.

질문은 댓글로, 언제나 환영한다.

by snowall 2009.05.21 01:26
  • eldkqmffh 2009.05.21 17:27 ADDR EDIT/DEL REPLY

    빛보다 빠른 물체는 보통의 물체와 상호작용할 수 없다고 하셨는데(관찰할 수 없다) 그럼 빛보다 빠른 그 물체라는게 빛보다 빠른 속도로 날아와서 관찰자한테 몸통박치기하면 어케 되나여? 그냥 통과한단 뜻인가여? 아니면 이게 바로 물리적으로 불가능한 일에 대한 상상은 무의미하단 그런 뜻인가여?

    • snowall 2009.05.21 17:36 신고 EDIT/DEL

      관찰할 수 없다는건 아무런 상호작용도 하지 않는다는 것이고, 따라서 부딪치든 말든 우린 그게 있는지조차 모를 겁니다.
      즉, 아무 일도 일어나지 않습니다. 심지어 지금 이 순간에도 그 무언가가 우리 몸을 통과하고 있을지도 모르죠.

      실제로, 뉴트리노는 1초에 수백만개씩 우리 몸을 통과하고 있지만 아무도 모릅니다. (그걸 검출하려면 카미오칸데 같이 엄청나게 큰 검출기가 필요하죠.)

      물리적으로 불가능한 일에 대한 상상이 무의미하다기 보다는, 우리가 아직 모르는 것에 대해서 "걱정" 할 필요가 없다는 뜻입니다. 언젠가 그것을 검출할 수 있는 기술이 개발되거나 하지 않는 한은 말이죠.

    • goldenbug 2009.05.23 03:26 신고 EDIT/DEL

      예전에 보니 타키온이란 녀석을 이야기하더군요. eldkqmffh님이 읽어보셨으면 좋겠군요. ^^