물리학의 관점에서 볼 때, 우리는 아인슈타인의 특수 상대성 이론에서 시작할 필요가 있다고 생각합니다. 물리학에서 우리는 빛의 속도를 속도의 한계로 간주하며, 이는 특수 상대성 이론의 중심 개념입니다.

稍微了解相對論的人都知道，狹義相對論建立在兩個基本假設上：1. 光在真空中的傳播速度對所有慣性參照系都是恆定的。2. 所有慣性參照系中，物理定律的形式都相同。愛因斯坦基於這兩個假設，通過嚴謹的數學和物理推理，得出了許多令人驚訝的結論。其中包括著名的質能方程E=mc²，他還揭示了時間膨脹、長度收縮，以及運動物體的品質大於靜止品質等與牛頓力學相悖的結論。

이 공식은 물체의 속도가 빛의 속도에 가까울수록 질량이 무한대에 도달하는 경향이 있는 반면 현실 세계에는 무한한 질량을 가진 물체가 없다는 것을 보여줍니다. 이것은 또한 질량이 정지해 있는 물체는 빛의 속도보다 빠르게 이동할 수 없다는 것을 의미합니다. 즉, 물체를 빛의 속도로 가속하는 데 필요한 에너지와 질량은 모두 무한대에 가까운 경향이 있으며, 우리는 이러한 가속을 달성하기 위해 이 무한한 에너지를 제공할 수 없습니다.

요약하면, 속도의 상한선으로서의 빛의 속도는 특수 상대성 이론의 직접적인 귀결입니다. 따라서, 만약 당신이 왜 이 추론이 성립하는지 궁금하다면, 당신은 실제로 왜 특수 상대성 이론이 옳은지를 묻고 있는 것입니다. 특수 상대성 이론의 전체 이론 체계가 위의 두 가지 기본 가정에 기초하고 있기 때문에 귀하의 질문은 다음과 같이 변환될 수 있습니다.

그렇다면 이 두 가지 기본 가정이 사실인 이유는 무엇입니까? 우리는 일반적으로 그것들을 물리학의 공리, 광범위한 실험과 연구를 통해 요약된 기본 법칙으로 생각합니다. 수학의 공리와 마찬가지로 증명할 필요가 없으며 실험적으로만 검증할 수 있습니다. 그러나 그러한 대답은 당신을 만족시키기에 충분하지 않을 수 있습니다. 그래서 저는 이 두 가지 기본 가정을 제 자신의 이해로 설명하려고 합니다.

먼저, 두 번째 가설을 살펴보자: 모든 관성 기준계에서 물리 법칙은 동일한 형태를 갖는다. 나는 이것에 대한 추가적인 이해가 없다는 것을 인정한다, 왜냐하면 그것은 증명될 수 없는 공리와 같고, 그것에 대한 더 깊은 이유도 없으며, 우리는 그것이 사실이라고 가정할 수 있을 뿐이다(사실, 이 가설은 전통적인 인간의 과학적 이해와 매우 잘 들어맞는다). 그러나 이 가정에 기초하여 나는 논리적으로 첫 번째 가정을 도출합니다: 빛의 속도는 모든 관성 기준계에서 일정합니다. 당신은 내가 말도 안되는 말을 하고 있다고 생각할 수도 있지만, 실제로 우리는 그것에 대해 생각할 수 있습니다: 진공 상태에서 빛의 속도는 어떻게 파생됩니까? Maxwell의 방정식에서 계산되며(특정 계산 프로세스는 반복되지 않음) 수학적 표현은 다음과 같습니다.

진공 상태에서 빛의 속도는 실제로 두 가지 기본 물리 상수에 의해 결정된다는 것을 알 수 있습니다. 물리 법칙이 모든 관성 기준계에서 동일한 형태라는 두 번째 가정에 기초하여, 모든 관성 기준계에서 물리 상수는 중력 상수 G, 플랑크 상수 h, 볼츠만 상수 k와 마찬가지로 일정하게 유지되어야 합니다. 이 경우 빛의 속도가 모든 관성 참조 프레임에서 일정하게 유지되는 것이 논리적입니다.

이러한 일련의 분석 끝에 빛의 속도가 속도의 상한선이라는 것은 자연스러운 결론인 것 같습니다. 우리의 논증 과정은 대략 다음과 같습니다: 첫째, 특수 상대성 이론의 두 가지 기본 가정이 옳다고 가정합니다. 다음으로, 우리는 특수 상대성 이론 자체가 옳다고 추론합니다. 그러면 우리는 특수 상대성 이론의 모든 결론이 옳다는 것을 알 수 있습니다. 속도의 상한선은 빛의 속도가 특수 상대성 이론의 필연적 결과이기 때문에 이 결론도 옳습니다.

이 주장이 설득력이 있다고 생각합니까?

사실, 우리는 또한 다른 각도에서 그것을 이해할 수 있습니다 : 특수 상대성 이론의 결론에 따르면, 물체의 속도가 빛의 속도를 초과하면 특정 기준 프레임에서 인과 관계가 깨질 것입니다. 예를 들어, 나는 한 번 쐈고 목표물에 총알 구멍이 남아 있었습니다. 총알이 "원인"이고, 총알 구멍의 출현이 "효과"입니다. 총알의 속도가 빛의 속도를 초과하지 않으면 관찰하는 관성 기준계에 관계없이 "원인"이 항상 "효과"보다 우선합니다. 그러나 총알의 속도가 빛의 속도를 초과하면 특정 기준 프레임에서 목표물에 총알 구멍이 먼저 있고 내가 쏘는 것을 볼 수 있습니다. 이것은 인과 관계를 위반합니다. 그렇기 때문에 빛의 속도보다 빠르게 달리는 것은 "원인"과 "결과"의 순서가 반대이기 때문에 시간을 거슬러 올라간다고 말합니다. 원인과 결과의 붕괴를 막기 위해 우주는 빛의 속도를 속도의 상한선으로 설정할 수밖에 없다.

물론, 우주의 본질을 건드리지 않는 이 설명을 듣고 싶지 않다면, 철학적 차원으로 가야 할 수도 있다. 빛의 속도가 특별한 이유는 무엇입니까? 우주 속도의 상한선이 정확히 이 값인 이유는 무엇입니까? 그것은 오직 창조주만이 알 수 있다. 어쩌면 전 우주가 창조주의 슈퍼컴퓨터일 수도 있고, 빛의 속도는 단순히 컴퓨터의 전력 제한 때문일 수도 있고, 양자 효과는 단순히 컴퓨터의 해상도 제한 때문일 수도 있다. 어쩌면 언젠가는 창조주께서 지겨워하셔서 이 컴퓨터를 끄실 수도 있을 것이다.

그 점을 어떻게 알 수 있을까요?