광속 불변의 원리

★광속 불변의 원리★

"만일 사람이 빛의 파(동)를 뒤에서 빛과 같은 속도로 뒤쫓아간다면 어떻게 될 것인가".
16세의 아인슈타인은 이 문제에 골몰하였고, 그것이 10년 후의 특수 상대성 이론의 탄생을 낳았다.
두 대의 차가 같은 속도로 같은 방향으로 움직이고 있는 경우,
차를 타고 있는 사람에게는 상대방의 차도 자신의 차도 정지해 있는 것처럼 보인다.

그렇다면 광속에 가깝게 운동하는 우주선에서 빛을 본다면 어떻게 보일 것인가?
갈릴레오의 상대성 이론에 따르면 빛도 우주선도 똑같은 속도로 움직이고 있으므로
빛은 정지해 있는 것이 된다.

실제로는 어떻게 될 것인가?
빛은 역시 광속으로 움직이는 것처럼 보인다.
빛은 어떠한 운동을 하고 있는 관측자가 보아도 정지한 것처럼 보이는 일은 없으며,
항상 초속 30만 km로 운동한다. 이것이 특수 상대성 이론의 큰 기둥이라 할 수 있는 '광속도 불변의 원리'이다.

광속에 가깝게 운동하고 있는 우주선에서 진행 방향으로 빛을 발사하였다고 하자.
정지하고 있는 사람이 이 빛을 보면 어떻게 될 것인가?
우선 일상 생활의 예를 들어 생각해 보자.
시속 50km의 전차 안에서 진행 방향으로 시속 3km로 걷고 있는 사람이 있다.
전차 밖에서 정지해 있는 사람이 이것을 본다면,
전차 안의 사람은 시속 53km로 움직이고 있는 것처럼 보인다.
속도는 합칠 수 있기 때문이다.

 
그렇다면 광속에 가깝게 운동하고 있는 물체에서 발사된 빛은
그 속도가 합쳐져서 광속의 2배에 가깝게 보일것인가?
여기서도 광속도 불변의 원리를 무시할 수 없다.
빛은 어떠한 상황에서도 일정한 속도로 나아가기 때문에 광속의 2배 가까이 될 수 없다.
이를테면 우주선의 진행방향과 반대방향으로 발사된 빛도 광속으로 진행하며,
결코 늦는 일은 없다.