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빛보다 빠른 물질이 있다고? 목록

빛보다 빠른 물질에 대한 아이디어는 독일의 수리물리학자 아놀드 좀머펠트(1868-1951)가 처음 생각해냈습니다.


그리고 제럴드 파인버그가 '빠르다'는 뜻을 지닌 그리스어 '타키스'(tachys)에서 유추해 타키온의 이름을 지었어요. 타키온은 자연에 존재하지 않으며 수학적으로나 상상해볼 수 있는 입자지만, 이를 자연에서 발견해보려는 시도는 여러번 있었어요. 1968년 스웨덴의 물리학자 알버거는 감마선으로부터 타키온 한쌍(타키온과 반타키온)을 만들려고 시도했어요. 납 용기에 감마선을 내는 코발트 동위원소를 넣고  감마선이 납용기에 의해 막히면 타키온과 반타키온이 생기지 않겠느냐 하는 생각이었지만 실험을 통해 아무것도 얻지 못했죠. 1970년 미국의 물리학자 발티는 타키온의 질량이 허수라는 점을 주목해 가속기를 이용해 입자실험을 할 때 질량의 제곱이 음(-)인 입자들을 찾으려고 노력했어요. 허수를 제곱하면 음이 되고, 그런 입자가 존재한다면 바로 타키온이기 때문이었죠. 하지만 발티의 실험은 허사였어요. 또 1974년 미국의 실험물리학자 클레이는 전자와 감마선이 만들어질 때 타키온도 만들어지지 않을까 생각해서 여기서 만들어진 입자들 가운데 입자의 비행시간을 확인해 빛보다 빠른 물질이 있는지를 알아내려고 했으나 소득이 없었어요.
자연계에서 타키온을 발견하려는 노력은 모두 실패했지만, 양자역학에서는 빛보다 빠른 현상이 존재한다는 연구결과들이 흘러나오기 시작했는데 1993년에는 캘리포니아대학 버클리분교의 치아오, 스타인버그, 퀴애트 등이 초광속을 측정한 것이었어요. 그들은 광학 필터를 사용해 이를 통과한 속도와 그냥 공기 속을 통과한 빛을 비교했어요. 그랬더니 광학 필터를 통과한 빛이 광속보다 1.7배나 빨리 도착했죠.   여기서 빛보다 빨리 진행된 것은 파속(wave packet)인데  양자역학적으로 해석하면 입자는 파동이 한곳에 몰려있다고 볼 수 있어요. 반대로 일반적인 파동은 전체적으로 흩어져 있는 것인데. 파속은 파동이 마치 입자처럼 한곳에 뭉쳐있어 입자처럼 행동하는 것이죠.
치아오는 "파속의 초광속현상이 아인슈타인의 특수상대성이론에 위배되지 않고, 이 실험에서 사용한 것은 빛보다 빨리 정보를 전달하는 신호(signal)를 의미하지도 않는다"고 말했어요. 왜냐하면 장벽을 통과한 광자는 전체의 일부에 불과하기 때문이다. 터널링 현상은 확률적으로 이뤄지기 때문에 어떤 광자가 먼저 도착했고 어떤 것이 늦게 통과했는지를 알 수 없고 따라서 이를 신호로 보는 것은 무리가 있다는 것이 치아오의 설명이었죠.
이렇게 빛보다 속도가 빠른 타키온이란 가설이 있는데요. 하지만 이건 가설일 뿐이고, 아직 근거가 부족해요. 앞으로 빛보다 빠른 물질이 있는지에 대한 귀추가 주목 되고 있어요.


참고문헌: 디딤돌 문경과학교사연구회(2000년도 교육부지정 교과연구회) 

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