※ 도움마알 (가다다 차례)

가름워얼 ⇽ 명제
거탈 ⇽ 현상
기운 ⇽ 에너지
⇽ 바탕/성/성질/됨새
깜냥 ⇽ 능력
꼴몬 ⇽ 물체
나토다 ⇽ 표현하다
낯 ⇽ 면
던깔 ⇽ 관성
던깔 바탈덩이 ⇽ 관성 질량
던깔틀 ⇽ 관성계
되비침 ⇽ 반사
두루 마주깔 짜임가리 ⇽ 일반 상대성 이론
마주가리 ⇽ 상대론
마주깔 ⇽ 상대성
마주깔 짜임가리 ⇽ 상대성 이론
맞질리다 ⇽ 모순되다
멈춤 바탈덩이 ⇽ 정지 질량
⇽ 물질
몬탈 ⇽ 물리
몬탈가알 ⇽ 물리학/자연철학
몬탈가알꾼 ⇽ 물리학자
민깔작알 ⇽ 뉴트리노(neutrino)
민버어렁 ⇽ 진공
바탈 ⇽ 본질/본성/고유
바탈덩이 ⇽ 질량
버어렁 ⇽ 공간/범위
버어렁갈래 ⇽ 범주
빛누름 ⇽ 광압
사슬되응 ⇽ 연쇄반응
서로끼침 ⇽ 상호작용
아퀴 ⇽ 결론
어섯 ⇽ 부분
엮임식 ⇽ 관계식
울친 ⇽ 한정된/특수한
울친 마주깔 짜임가리 ⇽ 특수 상대성 이론
움탈덩이 ⇽ 운동량
전자깃결 ⇽ 전자기파
짜임가리 ⇽ 이론
트인 버어렁 ⇽ 자유 공간
트임 ⇽ 자유
푸운수 ⇽ 비율
흩뜨림 ⇽ 산란
※ 물리학회* 물리 Q&A 글터에 올렸던 글(1999.09.21)을 다시 손질하였습니다.

물음: 신 00 (물리 Q&A - 1999.09.10)
안녕하세요? 저는 물리학에 관심이 많은 대학 초년생입니다. 제가 드리고자하는 질문은 두 가지인데요... 우선 첫 번째 것은 빛이 질량이 있는지 없는지, 그리고 그 이유는 무엇이가 하는 것이구요, 두 번째 질문은 에너지가 정의될 수 없는 -상식적으로 에너지를 묘사할 수 있는 어떤 물질도 없는- 진공에서 만일 어떤 물질을 완전히 에너지로 만들 수 있다면 그 에너지는 어떻게 기술될 수 있는지 궁금합니다. 그럼 답변 기다리겠습니다.



빛에도 질량이 있는가?

질량이 없는 몬은 없습니다. 질량이 없는 것이 있다면 그것은 몬이 아닙니다. 그런데 몬탈가알꾼들은 빛에 질량이 없다고 마알하기도 합니다. 그러나 이는 또렷이 마알하자면 김 승환*님 풀이 대로, 빛의 '정지 질량'이 없다는 뜻이지, 마주깔 질량이 없다는 뜻이 아닙니다. 그런데 몬탈가알꾼들이 '정지'를 빼고 그냥 '질량'이라 하여 마않은 사람들이 헷갈리고 있는 것이지요. 또렷이 가름하려면 '정지 질량'을 마알할 때 '정지'를 꼭 넣어 일컫는 것이 좋습니다. 그냥 '질량'이라 할 때는 그것을 빠르기의 함수인, 마주깔 질량을 가리키는 것으로 쓰는 것이 바람직합니다. 왜냐하면 마주깔 질량이 본디 뜻의 (이적) 질량이니까요.

그러니까 달리고 있는 빛은 (마주깔) 질량을 지니고 있다는 마알인가? 그렇습니다. 그러나 몬탈가알꾼들은 몇 가지 까닭으로 빛을 두고 이야기할 때 '질량'이라는 마알을 꺼리고 '운동량'이라는 마알로 나토기를 좋아합니다.

'질량'이란 꼴몬의 바탈스러운 어떤 아득한 덩이로서 '던깔(관성)'의 크기입니다. 그것이 큰 것은 그 바탈의 덩이가 큰 것으로 보면 되겠습니다. 이제부터 '질량'을 '바탈덩이'로 갈음하겠습니다. 물론 이렇게 던깔로 드러나는 바탈덩이뿐 아니라, 무게로 드러나는 바탈덩이도 있습니다만, 아인슈타인*(Abert Einstein)은 두루 마주깔 짜임가리에서 이 두울을 같은 것으로 다뤘고, 이제껏 그렇게 여겨지고 있습니다.

멈춤 바탈덩이가 없다 함은: 멈출 수 없을 뿐 아니라 트인 버어렁의 모오든 던깔틀에서 늘 똑같은 빠르기로 나아간다 함입니다. 이 가름워얼은 거꾸로 해도 옳습니다. 곧 트인 버어렁의 모오든 던깔틀에서 늘 똑같은 빠르기로 나아가는 것은 멈춤 바탈덩이가 없는 것입니다. 1980년대까지만 해도, 빛뿐 아니라 민깔작알의 멈춤 바탈덩이도 없다고 여겼더랬습니다만, 그 뒤이에 민깔작알에 멈춤 바탈덩이가 있음이 밝혀졌습니다.

아인슈타인*의 울친 마주깔 짜임가리에서 나온 기운-바탈덩이 엮임식을 봅니다. $$ E = mc^2 $$ 여기서 \( E \) 는 기운(Energy), \( m \) 은 바탈덩이(mass), \( c \) 는 빛의 빠르기입니다. 문제는 바탈덩이입니다. \( m_0\) 를 멈춤 바탈덩이, \( v \) 를 그 꼴몬의 빠르기라 하면, 바탈덩이는 다음과 같습니다.
$$ m = m_0 \gamma $$ $$ \gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - (v/c)^2}} $$ 보다시피 바탈덩이 \( m \) 은 굳어 있지 않고, 빠르기에 따라 달라지는 빠르기의 함수입니다. 빠르기가 c에 가아없이 다가서면 그 꼴몬의 바탈덩이도 가아없이 커집니다. $$ \lim \limits_{v \to c}{ m } = \infty $$ 이렇게 울친 마주깔 짜임가리에 따르면 멈춤 바탈덩이를 지닌 어떤 것이든 빠를수록 바탈덩이가 커집니다. 그것이 빛의 빠르기인 c에 다가설수록 바탈덩이가 누운덩이처럼 가아없이 불어납니다. 그런데 가아없이 큰 바탈덩이는 있을 수 없으므로 멈춤 바탈덩이를 지닌 어떤 것이든 c에 오롯이 다다를 수 없습니다. 그럼에도 빠르기가 c인 것이 있다면 거꾸로 그것의 멈춤 바탈덩이가 없어야 맞질리지 않습니다. 멈춤 바탈덩이가 없다면 또한 c보다 느린 어떤 때라도 바탈덩이가 있을 수 없습니다. 하여, 멈춤 바탈덩이가 없다는 마알은 그것을 늦출 수 없음을 뜻합니다. 바탈덩이가 없는 것은 그냥 '없는 것'입니다. 몬이라는 것은 그 바탈이 있고 그래서 반드시 바탈덩이가 있습니다.

아인슈타인*의 기운-바탈덩이 엮임식은 기운이 지닌 바탈덩이를, 또는 바탈덩이가 지닌 기운을 세엠하는 식이지, 기운과 바탈덩이가 바뀜을 세엠하는 식이 아닙니다. 이 엮임식은 기운과 바탈덩이가 바탈스럽게 같은 맞치임을 보여 주고 있는 것입니다.

그러면 나아가고 있는 빛이 참으로 바탈덩이를 지니고 있냐구요? 그걸 어떻게 알 수 있냐구요? 바탈덩이는 김 승환*님의 마알씀대로 던깔의 크기를 나타낸 것이므로(던깔 바탈덩이일 경우) 던깔로 바탈덩이를 알 수 있습니다. 컴프턴 흩뜨림이나 빛누름 실험 따위를 살펴 보면 빛이 던깔을 지님을 알 수 있습니다(물론 여기서도 마않은 몬탈가알꾼들은 바탈덩이라는 마알을 비껴서 움탈덩이로만 나토고 싶어하겠지만). 따라서 빛의 바탈덩이를 마알할 수 있습니다. 움탈덩이는 바탈덩이의 움직임의 크기입니다. 움탈덩이가 있다는 것은 곧 바탈덩이가 있다는 마알입니다.

더 밝혀 보려면 이렇게 생각실험을 해 보십시오. 옹글게 닫혀 있으며, 그 안쪽 낯은 되비침 푸운수 100% 인 상자가 있는데 너무나 튼튼해서 핵 터짐에도 끄떡 없습니다. 그 안에 핵 폭탄이 터져서 핵 풀림의 사슬되응이 끝난 뒤이 온 핵의 바탈덩이가 1g 줄었습니다. 다시 마알하여 핵 풀림으로 줄어든 1g이 모두 빛으로 그 상자를 채우고 있습니다. 만일 빛의 바탈덩이가 없다면 상자의 바탈덩이는 폭탄이 터진 뒤이에 1g 줄었을 것이며, 빛이 그 바탈덩이를 그대로 지니고 있다면 상자의 바탈덩이는 달라질 까닭이 없습니다. 빛의 움탈덩이로, 그리고 무게힘에 따른 도플러 효과로 따져보면 뚜렷합니다. 상자의 바탈덩이는 달라지지 않았습니다. 달리고 있는 빛도 바탈덩이가 있음이 또렷한 것입니다.


몬(물질)을 오롯이 기운(에너지)으로 만든다면?
(※ 이 어섯은 물리학회* Q&A 글터에서 사라졌기에 아예 새로 썼습니다.)

“어떤 몬을 오롯이 기운으로 만든다/바꾼다”는 마알은 바탈덩이가 조금도 안 남고 몽땅 기운으로 바뀌는 것을 생각하는 것이겠지요. 그리고 이는 기운-바탈덩이 엮임식 \( E = mc^2 \)을 터무니로 생각하는 것이겠구요. 빛은 바탈덩이가 없으니까 빛이야말로 바로 깨끗한 기운이라고 여기고 있는 이들도 있더군요. 그러나 위에서 풀었듯이 바탈덩이가 없는 몬은 없습니다. 또한 '기운'이란 일을 할 수 있는 깜냥이므로, 몬탈스러운 서로끼침을 할 수 있는 어떤 얼개, 어떤 깔이 있어야 합니다. 마땅하게 빛도 그러한 깔이 있습니다. 빛은 전자깃결의 어떤 어섯으로 전기마당과 자기마당으로 이루어져 있습니다. 물론 그러면서도 알갱이 깔도 띱니다. 그래서 빛알이라는 이름도 만들어졌지요. 아무튼 빛도 몬의 하나로서 바탈덩이가 있습니다.

다시 마알하지만 몬으로서 그 바탈되는 덩이 곧 바탈덩이가 없는 것은, 마치 꼴몬 없는 그으림자처럼, 생각할 수 없습니다. 그으림자는 있는데, 그 그으림자를 만드는 꼴몬이 없다? 무엇이 있는데, 그 바탈이 없다면 그것은 몬탈스러운 것이 아닙니다. 우리는 지금 몬탈의 버어렁갈래에 드는 것만 다루고 있습니다. 우리의 버어렁갈래에서, 바탈이 없는 것이 있다면 그것은 허깨비입니다. 그러므로 몬이라면 반드시 그 몬의 바탈이 있고 그 바탈이 지닌 크기가 바탈덩이(mass)입니다.

아인슈타인*은 기운이 바탈덩이를 지님을 이렇게 쉽게 나토았습니다, “(열 기운을 받아) 뜨거워지면 무거워진다.” 파인만*(Rechard Feynman)은 이렇게 나토았습니다, “energy has inertia(기운은 던깔을 지닌다).” 어떤 기운이든 바탈덩이를 지니고 있고, 어떤 바탈덩이이든 기운을 지니고 있습니다. 바탈덩이와 기운은 하나입니다. 그것이 울친 마주깔 짜임가리의 아퀴입니다. 몬이 곧 기운이고 기운이 곧 몬입니다. 몬의 거탈이 꼴몬이며, 몬을 서로끼침 할 수 있는 됨새로 나톤 것이 기운입니다. 몬의 바탈스러운 덩이가 바탈덩이입니다. 몬과 기운과 바탈덩이는 하나입니다.