물리학 11주차 03 지상에서 관찰된 뮤온과 지연시간 길이수축

[@김성수-e7m]

특수상대론 효과로 뮤온이 지상에서 관찰된다면 발생한 뮤온은 모두 지상에서 생존할 수 있어야 하지 않나요? 우주선이 지상에서도 발견된다는 연구결과가 있던데 그러면 뮤온이 지상에서도 만들어질 수 있다는 말이지 않나요?

[@dcha]

생존한다는 것을 어떤 의미로 이용했는지 모르겠어요. 뮤온은 수명이 짧아서 지상까지 내려오더라도 곧 전자와 뉴트리노로 바뀝니다.

[@김성수-e7m]

@@dcha 우주선이 지표면에서도 발견되었다는 연구 결과가 있답니다. 그러면 그 우주선에 의해 지표면에서의 뮤온의 생성이 가능하다는 것입니다. 굳이 특수상대론을 적용할 이유가 없다는 것입니다.

[@dcha]

@@김성수-e7m ?? 나는 모르는 내용이어요.

[@bjkim3443]

그러니께, 서로 광속인거죠.뮤온의 입장으로 보면 지구가 광속으로 달려오는것이고,지구 입자으로 보면 뮤온이 광속으로 달려오는 것이고,뮤온의 시간이 늘어나 생존시간이 늘어난거고,뮤온입장에서는 지구까지의 거리가, 수축된거고,, ^

[@dcha]

네. 그런데 딱 광속은 아니지요. 속도가 0.99c나 0.999c나 0.9999c 나 속도로 보면 거의 비슷한 광속인데 그 속도들의 로렌츠 인자는 큰 차이가 난답니다. 만일 딱 광속이면 로렌츠인자가 무지하게 커지지요.

[@ElySeL]

뮤온 입자가 있는지(실제로 존재) 여부는 어떻게 알수있는건가요?

[@dcha]

뮤온은 직접 관찰되었어요. 1920년대에 구름상자라는 기구를 통해서 처음 관찰되었는데, 오늘날에는 누구나 간단히 구름상자를 흉내낼 수 있어요. 그래서 누구나 집에서 간단히 뮤온을 측정해볼 수 있습니다. 우리 주위에 엄청 많이 돌아다니고 있어요. 유튜브에서 simple cloud chamber 라고 검색해보세요. 집에서 간단히 측정하는 방법들이 소개되어 있어요.

[@ElySeL]

@@dcha 와.. 이거 구름처럼 나타네는게 뮤온의 궤도 같은거에요?

[@dcha]

@@ElySeL 구름처럼이 아니라 지나가는 흔적(선)으로 나타나지 않아요?

[@ElySeL]

@@dcha 또 다른게 궁금한데요 물질파가 중력파와 연관이 있나요? 그러니까 옛날때는 빛이 파동이라고했잔아요 아인슈타인아져씨가 빛은 입자야! 라는게 증명되고 나서부터 입자가 파동성을 지니니까 입자는 물질로 이루어져있으니까 물질은 질량을 가지고있잔아요? 그러면 블랙홀도 질량을 가지고있으니 물질파도 블랙홀의 중력파의 연장선이 될수있나요?

[@ElySeL]

@@dcha 맞아여 지나가는것같아요 와 개쩐다... 근데 공돌이 용달? 유튜버님이 궤도라고 하길래 오해가 있었네요

[@jwpark825]

강의 감사합니다.뮤온에서 볼때는 움직이는 지구의 막대의 길이는 원래보다 짧아지고 지구에서 뮤온을 볼때는 뮤온과 같이 움직이는 기준자는 어떻게 되나요?

[@dcha]

짧아집니다.

[@snuphysics2460]

책에서 이 이야기를 봤을 때 설명이 자세히 안 나와 있어서 계속 고민하던 찰나에 이 영상을 보게 되었어요!! 저같은 중학생도 이해할 수 있게 쉽게 설명해주셔서 감사합니다... 혹시 전공이 물리학이시면 제 전공을 물리학으로 하려고 하는데 조언 좀 해 주실 수 있으신가요..?

[@dcha]

일찍부터 어떤 분야에서 활동할지 계획을 세우는 것이 좋아보이네요. 그렇지만 너무 한쪽으로만 치우치지 말고 전공을 정하기까지는 아직 기간이 많이 남아 있으니 다른 많은 분야에 대해서도 알아보면서 나한테 딱 맞는 분야가 무엇인지 더 확인해보는 것도 나쁘지 않답니다.

[@dneisn7526]

이거 케이무크 재생목록에서 빠졌어요! 강의 너무 재밌게 잘보고 있습니다. 감사합니다

[@dcha]

정말 그렇네요. 알려줘서 감사 ~~. 재생목록에 포함시켰어요^^

[@-0-Y]

교수님 그렇다면, 특수상대성이론은 ‘상대적’인 것이잖아요. 뮤온에 있는 관찰자 입장에서는 지구가 자신에게 0.998c의 속도로 다가오는 것 처럼 보이고, 그렇게 되면 ‘지구가 빠른 속도로 운동을 했으니, 지구의 시간이 지연되겠구나’ 라고 생각한다면, 그 생각은 틀린 생각인건가요?

[@dcha]

아니오. 틀린 생각이 아닙니다. 뮤온이 본 지구의 시간은 지연됩니다. 그러나 뮤온이 지구까지 가는데 걸린 시간과 뮤온이 생각한 지구 시간과는 아무 관련이 없어요. 뮤온의 입장에서 뮤온이 뮤온의 시간으로 0.000002초만에 지구 표면까지 갈 수 있는 것은 대기권 꼭대기에서 지구 표면까지 거리가 뮤온에게는 600m 밖에 안되기 때문입니다.

[@-0-Y]

Dongwoo Cha 네 교수님 감사합니다. 그런데 한 가지 더 유치한 질문이 있습니다. 만약, 지구와 뮤온에 각각 쌍둥이 한 명씩 있었다면, 뮤온입장에서 지구의 시간이 지연된다고 생각한게 맞으니 지구에 있는 쌍둥이가 더 젊다고 생각할텐데, 실제로는 지구에 있는 쌍둥이가 더 늙어있지않을까요?

[@dcha]

@@-0-Y 특수 상대성이론에서 새로 알게 된 중요한 점이 모든 사람이 한꺼번에 생각하는 시간이 따로 있는 것이 아니라 기준계마다 시간이 다 다르다는 것입니다. 더 젊고 더 늙고는 비교하는 기준이 있어야 하느데, 서로 다르게 가는 기준계에 대해서는 비교의 기준이 없어요. 비슷한 유명한 문제가 쌍둥이 역설입니다. 그런데 특수 상대성이론은 서로 등속도 운동하는 두 기준계에서 성립하는 문제이어서 알고 보니 쌍둥이 역설은 특수 상대성이론에서는 물어볼 수가 없는 질문이었습니다. 서로 등속도 운동하는 두 기준계는 절대로 만나서 비교해볼 수가 없기 때문이지요. 그래서 상대성이론과 관련해서는 의문을 가질 때 신중해야 합니다. 아무 질문이나 질문으로 성립하는 것은 아니기 때문입니다.

[@-0-Y]

제가 놓치고 있던 게 무엇인지 잘 알게되었어요. 친절하고 명쾌한 답변 감사합니다.

[@김경민-g7w]

교수님 감사합니다.

[@땅콩앙콩]

교수님 안녕하십니까 영상 너무 잘 봤습니다. 시간이 꽤 지났지만 질문 하나 드려도 될까요? 이 문제 때문에 몇일동안 유튜브를 엄청 뒤져보고 있는데도 개념이 어려워서 해깔려 질문 남겨봅니다. 시간 지연과 막대로 설명 해주셔서 여기까지는 이해가 되는데, 실제 물리적으로 길이가 짧아지는게 가능한 부분인가요? 중력장에 의해서 공간이 수축되어지면 길이가 짧아질거 같은데, 이것 외에 물리적인 길이가 짧아질 수 있다는 개념이 잡히질 않습니다. 혹시 답변이 어렵다면 이와 관련된 법칙이나 이론에 대해서 알려주시면 혼자 공부해보도록 하겠습니다. 시간 내서 읽어 주셔서 정말 감사드립니다.

[@dcha]

상대성이론과 양자역학은 우리 고정관념을 바꾸기만 하면 됩니다. 우리가 하도 익숙하게 주위에서 봐서 길이나 질량이나 시간은 바뀌지 않는 것이라고 생각했지요. 그 생각이 잘못된 것입니다. 그리고 중력장에 의해 길이가 수축되는 것과 움직이는 막대가 짧아지는 것은 서로 다른 현상입니다. 속도가 관찰자마다 다 다르듯이, 똑같이 길이, 시간, 질량도 관찰자마다 다 다릅니다. 그래서 기준을 만들기 위해서 길이는 고유길이로 (고유길이란 그 막대가 움직이지 않는 기준계에서 길이입니다), 시간은 고유시간으로 질량은 정지질량으로 대표합니다. 예를 들어 어떤 막대의 길이가 얼마라가 이야기할 때는 그 길이의 고유 길이를 말해주어야 합니다. 다른 관찰자가 보면 길이가 모두 다르게 관찰되고 그 다른 길이들이 모두 그 막대의 진짜 길이입니다. 만일 상대론적 세상에 사는 사람들이 우리 세상에 와서 사람들이 길이란 절대로 바뀌지 않는다고 말하면 굉장히 이상하게 생각할 거예요. 개념을 잡으려고 하지 말고 개념을 바꾸려고 하세요. 내가 알고 있는 논리로 설명해야 이해된다고 시도하면 절대로 받아들일 수가 없어요. 우리가 그동안 잘못된 개념을 가지고 있었고 그것을 바꾸어야 합니다.

[@땅콩앙콩]

@@dcha교수님 답변 달아주셔서 정말 너무 감사드립니다. 개념을 잡으려고 하지 말고 개념을 바꾸려고 노력하겠습니다. 교수님 말씀처럼 길이는 줄어들 수 없는 물리량이라는 생각부터 바꿔야겠습니다. 여러 유튜브 물리학 동영상을 시청중에 있는데 교수님 강의는 깊은 생각에 빠질 수 있는것 같습니다. 다시한번 감사드립니다. 땅콩아빠 드림.