과학

[시간론] 자유낙하운동

 


공기 저항이 없을 때, 질량에 관계없이 낙하 속도는 같다는 것이 자유낙하의 법칙이다.

 


아인슈타인은 중력과, 무중력 공간에서 움직이는(등가속운동을 하는) 엘리베이터(또는 우주선) 안에서 발생하는 힘을 같은 힘이라고 보았다.


우주는 시공간으로 구성되어 있으며, 시간과 공간은 대칭성을 가진다. 즉, 시간과 공간을 맞바꾸어도 물리법칙이 성립한다.

중력의 실체는 물질이 시간축상으로 등가속운동을 할 때 발생하는 힘이다.


그림의 좌측은 달리기 선수가 공간축상으로 등가속운동을 하는 것을 나타낸 것이고, 그림의 우측은 달리기 선수가 시간축상으로 등가속운동을 하는 것을 나타낸 것이다.

그림의 좌측에서 공간축상으로 운동하여 빛의 속도 가까이 도달하면, 시간의 흐름은 정지한다.(시간축상으로의 운동이 정지한다)

그림의 우측에서 시간축상으로 운동하여 빛의 속도 가까이 도달하면, 공간이 흐름(공간상의 운동)은 정지한다.(공간축상으로의 운동이 정지한다. ; 정지한 것처럼 보인다.)

즉, 우측의 달리기 선수는 현재 시간축상으로 운동하여 빛의 속도 가까이 도달했기 때문에, 공간축상에서는 정지해 있는 것처럼 보이는 것이다.

당신이 (공간축상으로) 움직이지 않고 가만히 있는데도 당신에게 질량이 발생하는 이유는 당신이 시간축상으로 운동을 하고 있기 때문이다. (무거운 구슬을 올려 놓은 고무판이 휘는 이유도 같다)
 
즉, 상대성이론에 따르면, 질량이란 어떤 방향으로든(시간축으로든 공간축으로든) 운동을 해야 발생하는 것이다.
 
빛에 질량이 없는 이유는 빛은 (공간축으로도 시간축으로도) 운동을 하지 않기 때문이다.

 

파동은 물질이 시간축상을 따라 등가속운동을 하면서 시간축상에 남기는 흔적이다.

호수 중심에 돌을 던지면 사방으로 물결(파동)이 퍼져 나간다.

실제로는 파동이 퍼져나가는 것이 아니라, 파동의 중심이 (시간축 상으로) 등가속운동을 하는 것이다.

각 파동은 각 파동이 발생한 시간대에 남는 것이고 파동의 중심은 계속 시간축상으로 등가속운동을 하는 것이다.

차를 타고 가면서, 주기적으로 길바닥에 페인트볼을 쏘면, 차가 지나간 자리에는 페인트볼 자국이 남는다. 이 페인트볼 자국이 파동이다. 차 안에서 보면 페인트볼 자국이 점점 멀어지는 것처럼 보인다.

페인트볼을 쏘는 차와 나란히 달려도 페인트볼을 쏘는 차는 가만히 있고 바닥의 페인트볼 자국이 멀어지는 것처럼 보인다. 이것이 우리에게 파동원은 그 자리에 가만히 있고 파동이 움직이는(사방으로 퍼져나가는) 것처럼 보이는 이유다.

우리가 빛이라는 파동을 볼 때, 빛이 우리에게 다가오는 것이 아니라, 빛은 각각 그 파동이 발생한 시간대에 머무르고 있고, 우리가 시간축상으로 등가속운동을 하며 광원이 시간축상에 남긴 파동에 부딪히는 것이다.
 
두 번째 그림의 좌측에서(운동선수를 태우고 공간축상으로 운동하는 우주선), 운동선수를 빼고 그 자리에 사과나무를 놓아 보자.

사과나무와 사과나무에 매달린 사과는 우주선의 진행방향으로 운동하고 있다.
 
사과나무에서 사과가 떨어지면, 사과는 정지하고 사과나무와 우주선만 운동한다.
 
무거운 사과이건 가벼운 사과이건 일단 사과나무에서 떨어지면 정지한 것이다.
 
차(또는 배)를 타고 가다가 차(또는 배) 밖으로 무거운 물건을 던지건 가벼운 물건을 던지건, 차(또는 배) 밖으로 던져져 땅(또는 물)에 떨어진 물건은 차(또는 배)를 타고 있는 사람이 보았을 때 똑같은 속도로 멀어진다.

따라서, 공기 저항이 없을 때, 질량에 관계없이 낙하 속도는 같다.

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  • 결국 내가 이동한다는건 착각에 불과하다는거임? 시각적 효과일 뿐이다?? 


이걸 이해하기 쉽게 비유해서 설명해줄 사람 손~

54개의 댓글

DOS
2014.02.06
@너티독
다큐의 경우는 대상 시청자를 넓게 잡기때문에, 이런것이 있다~ 하는식으로 흥미 유발 위주로 구성되.
과학 잡지의 경우는 좀 더, 전문적인 내용들이 포진되어 있고.
일반인이 접할수 있는 가장 전문적인 접근은 과학자가 직접 쓴 책이지.

"왜 그럴까?" 란 질문은 르네상스 시대부터 이어온 과학의 근간이야.
의문에서 시작한 망상으로 반복된 실험으로 증명하는것이 과학이니까.
과학은 완벽히 객관적일수 없어. 그건, 과학이 사람의 공상을 증명하는 과정이기 때문이야.
하지만, 증명할수 없는 공상은 그저 망상에 지나지 않지.


" 누군가는 엔트로피 법칙으로인해 정리되어있는 필름이 아니라 이리저리 널부러진 필름이기 때문에
우리가 보는 필름은 어느 한쪽짜리 장면일 뿐이고 따라서 미래는 여러방향이라는 개념으로 바라보던데..."
-> 누가 한 말인지 모르겠는데. 이건 일부 과학 용어를 섞은 헛소리에 가까워. 공상도 아니지. (엔트로피는 무질서를 설명하기위한 개념이야. 필름은, 시간의 연속성에 대한 설명을 위한 비유일 뿐이고. 저 이야기를 하나하나 따지면서 생각해보면, 실제로는 연관없는 개념들을 과학 용어를 섞어서 그럴듯한 말로 연결한 허세밖에 안되.)
0
DOS
2014.02.06
@DOS
주제넘은 참견이긴 한데, 지금 너티독이 이야기하는 그런 개념들은 분명 어느 네이버 카페에서 사람들이 이야기 하는걸 생각하고 말한거지?.

저번에 본 스샷의 대화들로만 봐서는, 그 사람들은 허세를 부리고 있는거거든.. 빈수레가 요란하다듯이, 잘 모르는 사람은 전문용어들을 남발하며, 어렵게 설명하는데. 정말로 잘 아는 사람들은 누구나 이해할수 있도록 설명을 할수 있어. (어려운 개념들을 일상적인 비유를 통해서 쉽게 설명하듯이.)


"어떤것도 광속을 초월할수 없다는 사실은 선험적 일례를 통해 공증된 선형적 과정으로서, 이론적 공리의 범주에 크게 벗어나지 않은 필수 조건임을 이해할수 있으며, 이에따라서 해당 과정에서 논리적 오류를 발생치 않았다는것을 증명할수 있다."

위 문장을 이해하려고 해봐. 분명 어려울거야. 왜냐하면 내가 1분만에 어려운 단어를 섞어서 만든 아무 의미도 없는 문장이거든.
어렵게 이야기하는건 굉장히 쉬운일이야. 하지만 쉽게 이야기하는건 굉장히 어렵지.

지금 너티독의 머리속에는 이런저런 개념들이 뒤죽박죽 섞여서 혼돈이 오는거같은데, 먼저 저런말 하는 사람들의 글을 읽지마.
그래도 이런게 뭔지 들어는 봤으니, 뭔지 알고싶다면 맨 처음 개념부터 차근히 쌓고 올라가. 이제 막 덧셈 뺄셈하는 아이에게 미적분을 가르친다고 이해할수 있는건 아닌것처럼 말이야.
0
2014.02.06
@DOS
위에 본문글을 계속 읽어보니 어느정도 이해가 된다.
근데 빛이 우리에게 다가오는것이 아니라 파동에 그 빛이 남는다는게 필름 개념을 말하는것임?? 페인트를 비유한것도 같은차가 동시에 달리면 정지해 있는것 같지만 어느한쪽이 페인트를 밟으면 흔적이 남으니 마치 달리는것과 같다는 뜻이지?? 페인트가 과거고 차는 현재고?? 근데 미래는 결국 상대적이라 정해지지 않았다라고 볼수있겠네?? 이해하니 소오름~~
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2014.02.06
@너티독
여기서 미래는 멀리있는 행성에 빛이 도달하는데 10초라면 10초동안 행성은 시간이 지낫고 우리가 관측했을땐 과거라는건데 다시여기서 우리가 그행성에 직접가면 도착했을땐 과거와 다른모습이었겠지만 현재모습일테고 그게결국 미래라는 소리는 아니다? 라고 볼수있겠네 ㅎㅎ 맞나?
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