베오베 간 극한직업 학원강사(http://todayhumor.com/?bestofbest_431072)를 보고

유머글은 아니지만 많은 분들이 흥미로워 하는 주제인 것 같아서 글을 써봅니다.

반응이 좋으면 전자기력에 대해서도 올려보겠습니다.

그럼 저와 함께 중력의 세계로 빠저볼까요?

 

과학자의 가장 큰 미덕은 세상을 처음 접한 어린 아이처럼 '왜 그럴까?'라는 질문을 던지는 것입니다.

아직 인류가 풀지 못한 문제라고 자포자기 하며 넘기기 보단 일단 그럴듯한 질문부터 찾아보는 태도가 중요합니다.

왜 질량이 있으면 중력이 있을까요?

이 문제가 너무 어렵다면 좀 더 손에 잡히는, 눈에 보이는 문제부터 풀어보죠.

 

문제1. 중력은 정말 끌어당기기만 할까

 

과학자들의 생각은 이렇습니다. 중력은 오로지 끌어당기는 힘이다.

이 생각이 언제나 참인지 알아보기 위해 간단한 실험을 해보겠습니다.

먼저 편의점으로 달려가 라이터를 하나 사야합니다만

오유의 오징어 여러분들은 종일 컴퓨터 앞에서 오유만 보느라 돈이 없는 관계로 라이터 대신 막대기 두 개를 구합니다.

크로마뇽인으로부터 진화하지 못한 오유인 여러분은 나무에 불이 붙을 때까지 나무 막대기 두 개를 마찰시켜 봅니다.

나무 막대기는 마찰로 인해 뜨거워지다가 결국 불이 붙습니다.

이 때 타오르는 불꽃의 방향은 언제나 수직 상승하는 방향입니다.

다시 말해 불꽃은 지구 중심으로부터 멀어지고 있습니다.

낙하하지 않고 상승하는 것은 불꽃만이 아닙니다.

공기를 가열시키면 뜨거워진 공기는 차가운 공기 위로 오릅니다.

열기구가 하늘을 나는 이유도 이것 때문이죠.

우리는 이제 중력에 대한 심각한 오해를 하고 있었음을 인정해야 합니다.

중력은 질량이 있는 물체는 끌어당기지만 에너지를 방출하는 물체는 밀어낸다는 것입니다.

 

문제2. 뜨거운 공기는 왜 상승할까

 

이제 여러분은 물리학자들을 곤경에 빠트릴 사실을 하나 발견했습니다.

다 집어치우고 물리학 교수들을 괴롭히러 가야 할 시간입니다.

왜 에너지를 방출하면 위로 뜨죠?

하지만 이것만으론 콧대 높은 과학자 및 교수들을 떡실신시키기엔 부족합니다.

그 이유를 알아야 합니다.

물리학에 관심 없는 분들도 엔트로피 라는 말을 들어봤을 것입니다.

에너지의 투입이 없는 한, 열은 시간의 흐름에 따라 완전한 열평형 상태에 도달할 때까지 흩어지는 현상을 엔트로피의 증가라고 합니다.

엔트로피의 증가로 인해 펄펄 끓던 라면은 식어버리고 기름이 떨어진 보일러는 차가워지고 오유징어 여러분들의 얼굴에는 주름살이 늘어갑니다.

그러나 시간이 멈춰버린다면 엔트로피는 증가하지 않습니다.

언제나 중요한 것은 시간입니다.

시간이 흐른다는 전제가 바로 엔트로피 증가의 변수입니다.

아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면 중력장 안에서 시간은 느려집니다.

실제로 평지보다는 산 정상에서 시간은 더 빠르게 흐릅니다. 이것은 실험으로 증명된 것이기도 합니다.

엔트로피 증가의 변수는 시간이고, 시간은 지구로부터 멀어질 수록 빨리 흐릅니다.

그러므로 뜨거운 물체가 위로 뜨는 이유는, 상승할 수록 시간이 빨리 흐르기 때문인 것입니다.

 

문제3. 왜 중력장 안에서 시간은 느려질까

 

오유 삼매경에 빠져있는 오징어 여러분들은 잘 모르시겠지만

핵인싸 존잘남에 속하는 저는 방안에 쳐박혀 있을 때보다 거리를 활보할 때 기분이 더 좋습니다. 그것은 저의 낙이죠. 스웩~

움직이면 젊어집니다. 현대인들의 좌식 문화는 몸을 늙게 만듭니다.

아인슈타인은 중력이 시공간을 왜곡시키고 시간을 지연시킨다고 주장했습니다.

그러나 그 이유는 설명하지 않았죠.

왜 중력은 시간을 느리게 만들까요?

사실 아인슈타인은 반대로 생각한 것입니다.

중력이 시간을 지연시킨 것이 아닙니다.

시간이 지연되어 중력이 생긴 것입니다.

움직이면 젊어집니다. 왜냐하면 움직이는 물체는 시간이 느리게 흐르기 때문입니다. 이것이 특수 상대성 이론의 결론이죠.

그러나 비교 대상이 없는 움직임은 움직임이 아닙니다.

예를 들어 상상 속의 동물인 여자 친구와 가까워지기 전까지는 내가 빠르게 걷는지 느리게 걷는지 모릅니다.

비교 대상이 없기 때문이죠.

지구와 가까이 있을 때 물체의 운동은 지구와 비교되고 비로소 속도라는 것이 특정됩니다.

이것은 저의 개인적인 견해가 아니라 고전 물리의 상대성 이론입니다.

즉 완전하게 독립된 운동이란 없으며 비교 대상에 대한 상대적인 운동만이 있다는 것입니다.

지구에 가까이 있어 지구와 비교되어 속도가 생기며, 속도가 생기므로 시간은 지연됩니다.

그러므로 비교 대상인 지구와 멀어지면 시간은 느려지지 않습니다.

다시 강조하자면 중력이 시간을 느리게 만드는 것이 아니라 시간이 느려져 중력이 발생합니다.

 

문제4 질량과 시간은 어떤 관계일까

 

이 글을 읽고 있는 오징어 여러분의 몸무게가 100킬로그램이라고 가정해 보겠습니다.

그리고 이 글을 쓰고 있는 저의 몸무게는 70킬로그램이라고 가정해 보겠습니다. (말씀드리자면 저는 결코 안여돼 씹덕후가 아닙니다)

오징어 여러분의 다리 근력과 저의 다리 근력이 같다고 가정해 보겠습니다.

그리고 오징어 여러분과 저는 100미터 달리기 시합을 합니다.

승자는 보나마나 저입니다. 왜냐하면 속도는 질량의 역수이기 때문입니다.

질량이 무거우면 속도가 느리고 질량이 가벼우면 속도가 빠릅니다.

움직이면 시간이 느려진다고 했습니다.

그러므로 질량이 가벼우면 질량이 큰 물체에 비해 속도가 빠르며, 속도가 상대적으로 빠르므로 시간이 더 느려집니다.

아주 쉽죠?

우리는 이제 질량과 시간의 관계를 알았습니다.

남은 문제는 하나뿐입니다.

시간과 중력의 문제만 풀면 모든 것이 해결됩니다.

 

문제5 물체가 정지해 있는 상태가 정상일까

 

뉴튼은 말했습니다. 모든 물체는 움직인다.

우리 주변의 물체들은 대부분 지상에 고정되어 있기 때문에 물체는 움직이지 않는 상태가 정상이라고 생각하기 쉽습니다.

그러나 모든 물체는 움직입니다.

여러분의 여친이 여러분 곁을 떠나는 이유도 여친이 움직이기 때문이죠. (사랑은 움직이는 거야~~)

여친이 떠나는 것을 막기 위해서는 여친이 움직이지 못 하게 만들면 됩니다. 아주 쉽죠?

여친을 붙잡는 데에 실패했다면 여친의 시간을 느리게 만드는  것도 하나의 방법입니다.

왜냐하면 모든 물체는 움직이고 있는데 그중 한 물체의 시간이 느려지면 여타 물체에 비해 움직임이 느려질 것이기 때문이죠.

비유를 들어보죠.

오유징어 여러분들이 모두 페라리 한 대씩을 갖게 되었다고 가정해 보겠습니다.

페라리를 가속시키지 않으면 지상에 정지해 있습니다.

모든 페라리를 시속 100킬로미터까지 가속시켜 보겠습니다.

이 때 페라리들이 모두 같은 속도로 달린다면 이 페라리에서 관찰하는 저 페라리는 사실 정지해 있는 것이나 마찬가지입니다.

다시 한 번 강조하자면 움직임은 상대적인 것이니까 같은 속도로 달리면 정지한 것과 마찬가지입니다.

즉 움직임은 다른 물체보다 상대적으로 빨라졌을 때, 즉 가속을 했을 때 인지가 됩니다.

모든 물체가 움직인다는 것은 모든 물체가 기준계에 대해 가속했다는 것을 의미합니다.

근데 시간이 천천히 흐르면 어떻게 될까요?

가속의 반대 현상이 일어납니다. 음의 가속, 즉 감속을 하는 것이죠.

 

문제6 관성 질량과 중력 질량은 같다

 

아인슈타인은 일반 상대성 이론에서 말했습니다. 관성 질량과 중력 질량은 같다고.

그렇다면 관성은 언제 인지가 될까요?

여러분이 회사에 가기 위해 버스에 탔습니다. 근데 이 버스의 기사는 과거 폭주족이었습니다.

그래서 여러분이 버스에 오르자 마자 급가속을 하였습니다.

결국 여려분은 몸은 뒤로 밀려 넘어지고 맙니다.

자 관성은 언제 인지가 되었나요?

버스가 가속을 할 때 정지한 상태 즉 관성이 인지되었습니다. 그래서 뒤로 넘어진 것이죠.

관성 질량이 중력 질량과 같다는 등가의 원리는 버스 안에서 몸이 뒤로 밀리는 현상이 힘과 같다는 것을 의미합니다.

버스를 지구라고 가정하고 승객을 중력장 안의 물체라고 가정해 봅니다.

그러면 어떤 이는 대뜸 물어볼 것입니다.

지구가 물체에 대하여 가속이라도 했다는 말이냐 이 사기꾼아.

설마 제가 사기를 치겠습니까. 끝까지 들어보세요.

시간이 천천히 흐르는 물체는 감속한다고 위에서 말했습니다.

물체의 감속 현상과 지구의 가속 현상은 상대적으로 같습니다. 어차피 운동은 상대적이니까요.

물체는 지구보다 느려졌고 지구는 물체보다 빨라졌습니다.

그러므로 물체에는 관성이 작용한 것입니다. 이 관성은 중력 현상과 완전히 같습니다.

물체의 질량에 반비례하여 속도는 빨라지고

속도가 있으므로 시간은 지연되며

시간이 지연되므로 물체는 지구보다 느려졌습니다.

이것이 우리가 중력이라고 부르는 힘의 현상입니다.

그러므로 지구의 질량이 있어서 중력은 발생합니다.

 

 

제 글은 여기까지입니다.

길고 재미없는 글 읽어주셔서 감사합니다.

좋은 하루되세요.