문득 ‘속도가 빨라지는데 끝이 있을까?’ 라는 궁금증이 생겼습니다. 과학 다큐멘터리, 과학 유튜브, 영화 인터스텔라를 봤던 저로서 어렴풋이 ‘빛의 속도’라는 단어가 연상됩니다. 세상에서 가장 빠른 속도에 대해 알아보고, 속도에는 과연 끝이 있는지에 대해 알아보겠습니다.
속도의 기본 개념
가장 빠른. 속도를 이해하기 전에, 기본적인 개념을 알아봐야겠죠? 이번 단락에서는 속도의 정의와 단위에 대해 간단히 알아보겠습니다.
속도는 어떤 물체가 이동하는데 걸리는 시간에 따른 거리를 나타내는 물리량입니다. 쉽게 말해, 거리를 얼마나 빠르게 이동하는지를 나타내죠. 예를 들어, 자동차가 1시간 동안 100km를 이동했다면, 그 자동차의 속도는 100km/h로 표현됩니다.
속도의 단위는 거리의 단위와 시간의 단위를 나누는 것으로 구할 수 있습니다. 대표적인 속도의 단위는 'm/s' (미터/초)와 'km/h' (킬로미터/시간)입니다. 자동차, 기차 등의 속도는 주로 km/h로, 물리학에서는 m/s로 사용하는 경우가 많습니다. 또한, 속도를 표현할 때는 '빠르다'와 같은 표현 외에도 '초속', '시속' 등의 말을 사용하기도 합니다.
인간이 만들어낼 수 있는 가장 빠른 속도
속도에 대한 기본적인 개념을 알아봤으니 이제 세상에서 가장 빠른 속도들을 알아보겠습니다. 인간의 도전은 어떻게 진행되고 있을까요?
자동차: 23년 4월 현재 가장 빠른 양산차 타이틀을 가지고 있는 자동차는 ’SSC 투아타라‘로 474.7km/h 의 최고 속도 기록을 가지고 있다고 합니다.
열차: 열차 중에서는 일본에서 개발한 ‘마그레브’라는 자기부상열차가 가장 빠르다고 합니다. 시험주행에서는 603km를 기록하였고 상업적 운행에서는 상하이에서 460km대로 주행하고 있다고 합니다.
비행기: 최고 속도를 기록한 유인 비행기는 미국의 'SR-71 블랙버드'로, 약 3,540km/h의 속도를 낼 수 있었다고 합니다.
그 외에도 로켓과 미사일은 더욱 빠른 속도를 가지고 있습니다.
자연에서의 빠른 속도: 음속과 광속
자연계에서도 빠른 속도들이 있습니다. 음속과 광속을 이야기해볼 수 있습니다.
음속은 공기 중에서 소리가 전파되는 속도입니다. 일반적인 상황에서 음속은 약 340m/s (1,225km/h) 정도로, 굉장히 빠르다고 할 수 있죠. 초음속 비행기는 음속보다 빠르게 비행하는 비행기로, 이를 능가하는 속도를 낼 수 있습니다.
광속은 빛이 공간을 이동하는 속도로, 빛은 진공 상태에서 약 299,792km/s(초속)로 이동하는데, 이 속도를 상상하기 어렵죠. 이 정도 속도라면 지구를 7.5바퀴 돌 수 있습니다. 빛의 속도는 세상에서 가장 빠른 속도라고 합니다. 뒤에서 더 자세히 이야기해보겠습니다.
속도의 끝은 있을까? 상대성 이론과 속도 한계
지금까지 세상에서 가장 빠른 속도들을 알아봤습니다. 그렇다면 속도에는 과연 끝이 있는 걸까요? 이제부터 속도의 한계에 대해 알아보겠습니다.
알버트 아인슈타인은 1905년에 특수 상대성 이론을 발표하였고, 이를 통해 빛의 속도인 광속이 우주에서 절대적인 속도로 인식됨을 밝혔습니다.
상대성 이론에 따르면, 어떤 물체도 빛의 속도를 초과할 수 없다고 주장됩니다. 그 이유는 물체의 질량이 속도가 증가함에 따라 무한대로 커지게 되고, 이에 따라 움직이기 위한 에너지가 무한대로 필요해지기 때문입니다. 이러한 상대성 이론은 실험과 관측을 통해 입증되었으며, 현대 물리학의 기초가 되는 이론 중 하나입니다.
… 솔직히 다 이해는 안됩니다. 문과생인 제가 이해한 바를 표현해본다면 결론은 ’속도에는 끝이 있다‘ 라고 할 수 있겠습니다. ’빛의 속도가 가장 빠른 속도인 것이고, 질량이 있는 물체의 속도는 빛의 속도보다 빠를 수 없다. 왜냐하면 무한대의 에너지가 필요하기 때문이다‘ 라는 것이죠..(맞겠죠?)
아무튼 간에 이론이 설명하는 바에 때르면 속도의 끝은 광속에 가까운 수준이라고 볼 수 있습니다. 하지만 광속에 다다를 수는 없는 것이죠.
여기서 말하는 속도의 끝은 이론적인 속도를 이야기합니다. 인간의 기술로 광속에 가까운 속도를 실현해낼 수 있을까요? 현재까지의 기술 발전 수준에서는 광속에 근접한 속도를 달성하기 어렵습니다. 물론, 입자 가속기에서는 속도가 광속에 아주 근접한 수준까지 가속되는 것으로 알려져 있지만, 이는 미립자 수준에서 이루어지는 실험입니다. 따라서 일반적인 우주선이나 인공물은 아직까지 광속에 근접한 속도를 내기 어렵다고 할 수 있습니다.
마치며
이번 게시글에서는 세상에서 가장 빠른 속도와 속도의 끝에 대해 알아보았습니다. 일상생활에서 접하는 빠른 속도의 자동차, 기차, 비행기부터 자연계의 음속과 광속까지 다양한 속도들을 살펴봤습니다. 그리고 아인슈타인의 상대성 이론에 따라, 속도의 끝은 광속으로 알려져 있지만 현재의 기술 수준에서는 아직 도달하기 어렵다는 것을 알 수 있었습니다. 하지만 인류의 지식과 기술은 끊임없이 발전하고 있으며, 미래에는 광속에 더 가까운 속도를 이룰 수 있는 발전이 이루어질 수도 있을 것 같습니다.
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EBS 다큐프라임 - 빛의 물리학
리뷰엉이(과학 유튜버) ‘빛보다 빠르면 시간은 정말 거꾸로 갈까?’
영화 인터스텔라
- 평점
- 8.0 (2014.11.06 개봉)
- 감독
- 크리스토퍼 놀란
- 출연
- 매튜 맥커너히, 앤 해서웨이, 마이클 케인, 제시카 차스테인, 캐시 애플렉, 맥켄지 포이, 빌 어윈, 토퍼 그레이스, 맷 데이먼, 데이빗 기야시, 웨스 벤틀리, 레아 케인즈, 조시 스튜어트, 엘렌 버스틴, 존 리스고, 티모시 샬라메, 데이빗 오예로워, 콜렛 울프, 프란시스 X. 맥카티, 앤드류 보바, 윌리엄 드베인, 제프 헤프너, 레나 지오가스, 엘예스 가벨, 브룩 스미스, 러스 페가, 마크 케시미르 다이니위츠, 말론 샌더스, 그리픈 프레이저, 플로라 놀란, 리암 디킨슨
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