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전구를 하나 켜놓고 손으로 막으면 그림자가 생긴다
손이 전구에 가까울수록, 벽이 멀리 있을수록 그림자는 더 커지고 그림자의 움직임도 빨라진다
어마무시하게 큰 손 그림자를 만들면 그림자가 빛보다 빨리 움직일수도 있지않을까?
달에도 그림자를 만들 수 있을만큼 어마무시하게 센 광원이 있다고 해보자
A지점과 B지점 사이의 거리는 3천킬로미터가 넘는다
손가락이든 뭐든 충분히 빠르게 움직여주면 그림자의 이동속도가 광속을 넘는건 충분히 가능하다
이게 물리 법칙에 위배될까?
전혀 그렇지 않다
중요한것은 '정보'의 전달속도가 광속을 넘지 않았다는 것이다
그림자는 A에서 B를 향해 정보를 전혀 전달해주지않는다
당신은 이렇게 생각하고 있을지도 모른다
처음에 그림자가 A위치에 있었다
그러다 지구에 있던 당신이 B위치에 신호를 보내주기 위해 그림자를 B로 옮긴다
그럼 정보가 A에서 B로 광속을 넘어 전달된거 아닐까?
아니다. 사실은 정보는 [지구에서 A로] 또는 [지구에서 B로] 전달되지 A에서 B로 전달되지 않는다
그리고 물체가 움직여도 그림자가 바로 움직이지 않는다
물체를 이동시켜도 달로 날아가고 있던 기존의 빛입자들이 남아 있어서 그림자는 약간의 딜레이를 가지고 변한다
그림자는 '빛의 부재'이기 때문에 그림자의 딜레이도 광속의 영향을 받지 않을수가 없다
그림자의 이동 속도가 물리법칙에 위배된다는 오해는 그림자 자체를 물리적인 실체라고 생각하기 때문에 생긴다
그림자의 다른 재미있는 특성을 보자
그림자와 그림자를 가까이 붙이면 이어지는듯 여분의 그림자가 생기는 모습을 본 적이 있을것이다
왜이럴까. 일단 그림자의 구조에 대해 살짝 보자
물체가 빛을 완전히 가로막아 생기는 Umbra가 있고
물체가 빛의 일부만 막아 생기는 Penumbra가 있다
만약 두 개 이상의 Penumbra가 만나면 가로막는 빛의 양이 급격하게 변한다
이 때 여분의 그림자가 갑자기 생성된다
지구는 길이가 무려 140만 킬로미터에 달하는 Umbra를 가지고있다
그런데 혹시 지구의 그림자가 다가오는걸 본적이있나?
지구의 대기는 파장이 짧은 푸른색을 파장이 긴 붉은색보다 잘 퍼뜨려주기때문에 하늘은 퍼렇다
그러다가 지구와 내가 돌다가 저녁이돼서 빛이 부족한 그림자영역으로 다가가면 경계가 보이기시작한다
밑에 있는것이 다가오는 그림자이고 윗쪽에 핑크색 띠로 보이는 것이 '비너스벨트'라고 불리는 영역이다
그리고 해가 이미 넘어가서 보이지 않을 때도 붉은 노을이 관측된다
그런데 노을에도 여러가지 종류가 있다
해가 수평선에서 6도 이상 떨어지지 않았을 때 생기는 노을을 Civil twilight라고 한다
이때는 조명없이도 야외활동에 큰 지장이 없다
이후 해가 수평선 밑으로 12도 내려갈 때 까지를 Nautical twilight라고 한다
이때도 조명의 필요성은 크지 않다
이후 해가 수평선 밑으로 18도 내려갈 때 까지를 astronomical twilight라고 한다
아직까지는 천문학적 현상을 모두 관측할 수 있을 정도로 어둡지는 않아서 더 어두워질 수 있는 단계다
해가 수평선 밑으로 18도 이상 넘어가면 그냥 밤이다
그런데 북위 48.5도 보다 북쪽 또는 남위 48.5도 보다 남쪽 지역에 사는 경우 한여름에 태양이 수평선 아래로 18도 이상 내려가지 않는다
즉 밤이 오지않는다
예를 들어 런던의 경우만 해도 여름에는 엄밀한 의미의 밤은 오지않는다
(최대가 Astronomical twilight)
농담으로, 약속을 지키기 싫으면 '밤에 할게요' 라고 말하면 된다
그나저나 위의 경우는 '천천히 오는' 어둠이다
우리가 찾는건 '빠른' 어둠이었다. 우리의 원래 목적을 기억하자.
날의 길이가 1광년에 달하는 거대한 가위가 있다고 치자
충분히 강력한 장비가 있어서 가위를 닫는데는 1초가 걸린다고 해보자
그럼 두 날의 교차점의 이동속도는 초당 1광년이다
빛보다 빠른가?
전에도 한 번 설명했듯이 강체라고해서 시작부분과 끝부분이 동시에 움직이지는 않는다
아주 긴 대나무막대기를 내리치면 구부러지면서 끝부분이 손잡이 부분보다 늦게 땅에 닿듯이
위에서 상상한 거대한 가위의 경우 끝부분이 수만년 뒤에나 닫히게 된다
그러면 이런 문제를 피하기 위해 두 날이 짤처럼 날아오고 있다면 어떻까?
교차점의 이동속도는 광속을 넘을 수 있지만 마찬가지로 교차점은 물리적 실체가 아니다
교차점이 실어나르는 정보는 아무것도 없다
원본 영상은 여기서 보면 됨
http://www.youtube.com/watch?v=JTvcpdfGUtQ
결론
1.그림자나 교차점 등이 빛보다 빨리 움직일수는 있다
2.그러나 정보가 빛보다 빨리 전달된것은 아니므로 물리법칙에 위배되지 않는다
[출처] http://www.ilbe.com/5152131291