빛이 반사되려면 일단 멈춰야하는데 어떻게 가속되며, 종이 한장도 관통하지 못할까?

빛이 반사되려면 빛의 속도에 감속과 가속이 순차적으로 발생해야 가능한데, 그렇지 않은 것은 빛의 속도가 일정하지 않다는 것을 의미한다. 빛이 반사될 때에 반사 물체에 복사압이 작용한다는 것은 빛도 복사압 만큼의 힘을 반작용으로 받는다는 것을 입증한다. 그렇다면 빛도 외력에 의해서 변속이 일어나는 것이다. 과학자들은 짧은 거리에서 빛의 속도를 측정하고 빛이 등속으로 간다고 가정해서 빛의 속도를 초속 30만 킬로미터라고 계싼한 것으로 보이는데, 그러면 먼저 빛이 등속으로 간다는 것을 증명해야 한다. 그리고 빛이 정말로 등속으로 운동한다면 빛에는 저항이 없다는 것이고, 저항이 없다면 반사나 굴절도 없이 끝까지 직진해서 우주 밖으로 나가버려야 옳다. 중성미자는 물질이지만 모든 물체를 거의 무저항으로 관통하는데 에너지양자로 된 빛이 왜 얋은 종이 한 장도 관통하지 못하는 것일까? 답을 얻기 위해서는 빛과 시공간에 대한 개념 정리가 먼저 선행되어야 한다. 빛과 시공간의 관련 개념을 아래와 같이 바꿔 생각함으로써 질문의 답에 접근해보자.

1. 빛=시공간

2. 빛의 반사=시공간의 반사

3. 빛의 등속 운동=시공간의 등속 팽창운동

4. 빛에는 저항이 없다=시공간 팽창에는 저항이 없다.

5. 빛이 우주 밖으로 나간다=시공간 팽창이 우주 밖으로 나간다.

이렇게 생각하면 빛이 초속 30만 킬로미터로 등속운동하고 있다는 뜻은 시공간이 초속 30만 킬로미터의 속도로 팽창하고 있다는 뜻이 된다. 그런데 시공간 팽창은 등속으로 진행하지 않고 가속으로 팽창한다. 일명 현대 과학자들이 이름붙인 가속 팽창하는 우주를 말한다. 여기서 모순이 발생한다. 시공간을 이루는 빛이 등속운동을 하면 시공간 팽창은 당연히 등속으로 팽창해야 함에도 불구하고 가속으로 팽창하고 있다는 것이다. 그것이 인간이 허블망원경으로 관측한 인지의 결과이다. 그런데 이와 같은 빛의 등속운동, 즉 광속불변의 법칙과 가속 팽창하는 시공간은 상호 모순을 낳는 것 같지만 밀도라는 제3의 요소가 개입됨으로써 시공간 가속 팽창의 문제가 해결된다. 시공간 팽창에 밀도가 개입되었다는 것은 중력이 개입되었음을 의미한다. 여기서의 중력은 뉴턴의 만유인력보다는 가우스의 중력을 말한다. 아무튼 빛의 진행에는 중력이 저항요소로 작용한다. 중력의 세기에 따라 시공간 팽창이 달라지기 때문에 빛, 즉 시공간이 우주 밖으로 나가지 않는 것이다.

우주의 원리를 설명하는 상대성이론에서는 시간과 공간이 묶여 있어서 시간과 공간을 구분할 수 없는 하나의 영역으로 간주한다. 이러한 원리에 따라 중력이 아주 강한 곳인 블랙홀에서는 시간이 멈춘다는 개념을 공간으로 바꿔 대입해보면, 블랙홀에서는 공간이 멈춘다는 결론에 도달한다. 그리고 이를 바꿔 생각하면, 시간흐름이 거의 멈추는 영역으로 들어가기 위해서는 공간이 거의 없는 영역으로 들어가야 한다는 결론에 도달한다. 따라서 일부 과학자들은 지구만한 크기의 중력 면적에서 시간이 멈추게 하려면 지구지름의 직경이 6cm로 될 때까지 압축을 가해야 한다고 주장한다. 상식적으로 생각할 때는 거의 불가능한 일이지만 우주에서는 실제로 이런 일이 일어나고 있다고 과학계는 밝히고 있다. 참으로 재미있고도 놀라운 발상이다. 지구를 탁구공 만하게 줄이면 지구에서는 시간이 멈춘다. 그러면 인간은 늙지도 않고, 늙지 않으면 죽지도 않는다. 불로계가 실현되는 것이다.

이제 빛의 반사현상과 빛이 반사하는 과정 중에 감속과 정지 과정을 거쳐 가속된다는 가설을 설정하고 이의 진위를 알아보자. 고속으로 달리던 자동차가 갑자기 반대방향으로 달리기 위해서는 일단 속도를 줄여서 멈춘 후, 방향을 180도 바꿔 가속해야 하는 것처럼 빛의 진행과 반사도 같은 과정을 거쳐야 한다고 가정해보자. 만일 빛이 반사되기 위해 이러한 과정을 거쳐야 한다면 감속하는 빛과 정지하는 빛과 가속하는 빛이 관찰되어야 한다. 그러나 아직까지는 그러한 빛을 관찰한 예가 없다. 시레로 광속을 측정한다는 것은 쉬운일이 아니다. 초속 100미터로 달리는 자동차가 전조등을 켜면 그 전조등의 속도는 속도덧셈법칙에 의거 30만 킬로미터 +100미터인 300,000,100미터의 속도가 되어야 한다. 만일 초속 10만 킬로미터로 달리는 우주선이 있다면, 이 속도로 달려가는 우주선에서 빛을 발사하면 그 빛의 속도는 속도덧셈법칙에 의거 초속 40만 킬로미터가 되어야 한다. 또 빛의 속도로 달려가는 우주선에서 빛을 발사하면 속도덧셈법칙에 의거 초속 60만 킬로미터의 빛의 속도가 나와야 한다. 그런데 이러한 속도를 측정할 수 있는 장치가 있을까?

뉴턴의 운동법칙이 통용되던 시대에는 빛의 속도를 무한대로 가정했기 때문에 빛의 속도는 운동법칙에서 고려 대상이 아니었다. 하지만 전자기법칙이 나오면서 빛의 속도는 대단히 중요한 요소가 되었다. 또한 우리가 시각적으로 확인하는 모든 물체의 형상들은 빛의 반사에 의한 망막의 자극 현상을 뇌가 인지한 결과라는 사실은 뇌의 자극은 전자기파의 자극과 같으므로 전자기파의 일종인 빛의 속도로 사물을 인식하게 된다는 것이다. 그러므로 만약 빛의 속도가 가속과 감속이 가능하여 변속할 수 있다면, 인간이 사물을 인식하는 속도를 사람마다 각각 다르게 할 수 있어야 한다. 그러나 현대과학이 아직 그러한 실험에 성공한 예가 없다. 따라서 아직까지는 빛이 반사되기 때문에 속도가 일정하지 않다는 주장은 성립되지 않으며, 광속불벼의 법칙에 손을 들어 줄 수 밖에 없다.

다음은 빛이 반사될 때의 복사압 문제를 짚어보자. 질문에서처럼 빛이 진행하는 전달 속도가 복사압에 의한 것이라고 가정을 한다면 태양을 떠날 때의 복사압은 발산하는 압력이 되고, 지구로 들어오는 복사압은 수렴하는 압력이 된다. 즉 광속이 복사압에 의한 것이라면 태양으로부터 발산하던 복사압이 지구로 들어오면서 수렴하는 복사압으로 바뀌는 과정과 그때의 외력을 설명할 수 있어야 한다. 이는 광속은 외력이라는 복사압이 될 수 없다는 것을 반증하는 것이다.

다음은 에너지 양자로 된 빛이 왜 얇은 종이 한 장도 뚫지 못할까라는 문제를 짚어보자. 이 질문에 대해 답하려면 먼저 그림자는 무엇인가라는 질문에 답할 수 있어야 한다. 그림자는 과연 무엇인가? 그림자는 우리가 잘 아는 대로 무색이다. 하지만 상하좌우와 움직이는 순서는 정확히 나타난다. 해시계의 원리가 태양의 움직임에 따라 그림자의 위치가 달라지기 때문에 때를 나타내는 해시계로 발명된 것이다. 그림자를 좀 더 정확히 말하면 빛이 사물을 통과할 때 나타나는 그 사물의 모양이다. 사물은 질량을 갖고 잇찌만 빛은 질량이 없다. 그림자는 질량이 없는 빛과 질량이 있는 사물이 상호작용을하면 어떤 현상이 작동하는 것을 보여주는 사례이다.

이 그림자 현상을 납득하기 위해 다시 빛으로 돌아가 보자. 빛, 즉 시공간은 공간과 시간이 결합된 영역이다. 공간이 가로줄이라면 시간은 세로줄이다. 가로와 세로가 계속해서 격자무늬를 만들면 시공간, 즉 입체공간이 된다. 앞서 공간은 곧 색깔이라고 설명한 바 있다. 빨주노초파남보 무지개 색을 공간이라고 한다. 그리고 시간은 순서이다. 공간색깔 배열이 순서대로 잘 놓이도록 하는 것이 곧 시간이다. 그러면 이제 흥미로운 결론에 도달하게 된다. 빛이라는 시공간이 진행하다가 종이라는 질량이 있는 물체공간을 만나면, 공간을 종이에게 빼앗기고 시간이라는 순서만 통과시킨다. 그래서 종이까지는 4차원 시공간 입체였지만 종이에게 공간을 빼앗긴 빛은 시간이라는 2차원 평면만 남게 된다. 그것이 그림자이다. 따라서 빛이 왜 얇은 종이 한 장도 관통하지 못하는가 라는 질문은 질문 자체가 불완전한 것이다. 빛은 4차원 시공간으로 이뤄져 있는데 진행 중에 질량이 있는 사물을 만나면 공간인 색은 사물에게 빼앗기고 시간인 순서만 통과시킨다. 3차원으로 표현하면 시간이라는 순서와 공간 그리고 거리에서 공간이라는 색을 사물에게 빼앗기고 순서와 거리라는 2차원 평면만 남는 것이 그림자이다.