7. E=mc^2 #1

7. 특수 상대성 이론의 결과5


E1.


이 수식은 아인슈타인 ! 하면 무심결에 떨오르는 방정식 또는 공식입니다. 과학자들은 이 방정식을 일명 질량 = 에너지 등가 방정식이라고 흔히 말합니다.  이것은 움직이는 물체의 질량이 증가한다는 생각으로 부터 나왔다고 말하는 이들도 있습니다. 하지만 이 방정식은 질량 = 에너지 등가 방정식이 아님니다.


이 방정식의 실체를 알려면 과학의 역사를 조금 볼 필요가 있습니다. 사실 이 방정식이 출현한 것은 아인슈타인 이전에 이 방정식과 비슷한 방정식이 나왔습니다. 1900년 하즈넬, 헤비사이드, 포인팅 등 여러 과학자들이 빛의 에너지에 관한 실험을 했는데, 그 결과가  이거나으로 나왔습니다. 이 방정식들은 빛의 운동에너지 입니다. 이 방정식이 빛의 운동에너지라면 m/2은 빛의 질량이어야 합니다. 고전적인 뉴턴의 에너지 방정식은  이기 때문입니다. 하지만, 빛의 질량은 없습니다. 아인슈타인의 상대성 이론에 따르다고 하여도 빛은 질량이 없어야 합니다. 왜냐하면 질량이 조금이라도 있다면 빛의 질량은 무한의 값을 가져야 하기 때문입니다.


사실 이 방정식에서 m은 빛의 질량이 아니라 전자의 질량입니다. 왜냐하면, 빛의 근원은 전자의 진동이기 때문에 여기서의 질량 m은 전자의 질량입니다. 하즈넬이나 헤비사이드는 왜  이라는 실험 결과를 얻지 못하고 이와 같은 식을 얻었을까요? 그것은 빛이 발현하는 시점으로 부터 얼마나 멀리서 측정하는가에 달려 있기 때문입니다. 빛은 진행하면서 그 밀도가 진행한 거리 , 반지름 r의 원의 둘레 배 만큼 작아집니다. 이것은 전자기파가 거리에 반비례한다는 것으로부터 쉽게 증명됩니다.


따라서  방정식은 질량 = 에너지 등가 방정식이 아니며, 또한 그 수식도 틀렸습니다. 질량 감소에 의한 에너지의 량은 핵물리학 실험으로 측정해야 정확한 값을 얻을 수 있을 것입니다.