[질문] 빛은 왜 속력을 갖고있나요?

[ICDA]

빛이 생기면 생김과 동시에 빛의속도를 갖는건가요? 

전등에서 나오는 빛도 속력을 갖기 때문에 방안을 밝히는거죠? 궁금해요,  알려주세요.

[shaira]

빛의 속도는 불변이고 상수입니다. 사실 이게 왜 상수가 되고 불변인지 알아내면 노벨 물리학상 뒤를 이을 자신의 이름을 가진 상을 만들 수 있을 거예요.

일단 우리 4차원 시공간 상에서 빛의 속도는 절대적이고 상대성 이론에 따르면 빛의 속도에 시공간이 지배 받습니다. 빛의 속도가 불변이므로 서로 다른 관측계에 있는 관측자끼리 동일한 운동을 하는 질량을 가진 물체를 볼 때 공간이 변하거나 시간이 변할 수 밖에 없어요. 이런 현상이 실제로 일어나고 계산한 방정식과 꼭 들어 맞으니까 결국 빛의 속도는 불변인데, 이게 왜 불변인지 모르죠.

그리고 빛의 속도와 빛의 파장이나 전자기파로서의 성질은 약간 별개입니다. 빛의 속도는 항상 일정한데, 먼 우주에서 오는 빛들이나 우주배경복사는 우리에게 도달할 때 적색편이 되어 에너지를 잃고 있죠. 그냥 아직까진 빛의 미스테리라고 보면 되요.

[미신 퇴치, 종교 박멸, 사이비과학 추방]

좋은 답변입니다. 추천 드려요.

[ASHLET]

오해가 생길 수 있는 표현인데... 빛의 속도가 불변인건 아니죠. 매질에 따라 달라집니다. 물에서 빛이 느려지기 때문에 체렌코프 복사가 있는거잖아요.
'진공' 중에서 빛의 속도가 (어느 계에서 관측하더라도) 불변이라고 표현해야 정확하지 않겠어요?

[여름의 환상]

아인슈타인이 상대성이론을 유도할 때는 맥스웰 방정식이 좌표계와 상관없이 일정하다는 성질과 마이컬슨-몰리의 실험결과를 이용해서 빛의 속도가 상수라는 가정을 세워서 상대성이론을 유도하였습니다. 하지만 상대성이론을 어떻게 유도하느냐에 따라서는 빛의 속도가 일정한 것이 상대성이론을 통해 유도된 성질로 볼 수도 있습니다.

만약 상대성이론을 가정한다면 자연계의 최고속도가 존재하며 질량이 없는 물질은 그 일정한 최고속도로 움직이게 되는데, 광자는 질량이 없기 때문에 빛이 자연계의 일정한 최고속도로 움직인다고 볼 수도 있기 때문입니다. 상대성이론을 빛의 속도와 상관없이 유도하려는 여러 논문들이 있습니다. 대표적으로 다음 논문은 시간과 공간의 등방성과 균질성을 통해 상대성이론을 유도하였습니다. https://arxiv.org/abs/physics/0302045v1

광자의 질량이 없는 이유를 골드스톤 정리의 결과로 보는 주장이 있는데 이는 아직까지는 확실한 결론이 나지 않은 문제입니다. 즉, 미래에는 광자의 질량이 존재하는 것으로 밝혀질 가능성도 물론 존재합니다. 그러한 경우 빛의 속도는 빛의 에너지에 따라 달라지고 따라서 빛의 속도는 상수가 아니게 될 것입니다.