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천체역학/우주측지
Q.빛에는 질량이 있나요?
2010-02-23
A.에너지-질량 등가원리에 의하면 에너지는 곧 질량이므로 빛이 질량을 갖고 있다고 할 수 있겠지요. 질량이라는 것의 물리학적인 정의가 전통적으로는 "중력"을 만들 수 있는 물질이라면 빛이 질량을 갖고 있다고 말할 수 있습니다. 여기까지가 상대론입니다.
그런데 현대의 입자물리학에서는 빛 (광자)은 질량이 없는 입자로 알려지고 있습니다. 입자물리학 입장에서 아직 중력이나 중력을 유발하는 것에 대한 연구가 완성되지 않은 것으로 알고 있습니다. 다만 질량이라는 것에 대하여 히그스 입자를 가정하고 이 입자와의 상호작용 정도에 따라 질량 (관성질량)이 결정된다고 생각하고 있습니다.
아마도 네 가지 힘 중에서 중력 혹은 중력자에 대하여 가장 잘 모르고 있기 때문에 질량과 중력의 정체에 대하여 물리학적으로 일관된 설명이 이루어지지 못하고 있지 않은가 생각됩니다.
흔히 착각하기 쉬운 문제가 블랙홀이나 중력장에서 빛의 휨에 관한 것인데, 이것은 상대론적인 설명으로 빛의 질량 유무와는 관련이 없습니다. 즉 빛이 질량을 갖고 있기 때문에 경로가 휘는 것이 아니라 중력에 의한 공간의 휨으로 설명하기 때문입니다.
일반상대론과 입자물리학이 통일되는 (초)대통일론이 완성되면 질량과 중력에 대하여 좀더 자세히 알 수 있겠지요.
그런데 현대의 입자물리학에서는 빛 (광자)은 질량이 없는 입자로 알려지고 있습니다. 입자물리학 입장에서 아직 중력이나 중력을 유발하는 것에 대한 연구가 완성되지 않은 것으로 알고 있습니다. 다만 질량이라는 것에 대하여 히그스 입자를 가정하고 이 입자와의 상호작용 정도에 따라 질량 (관성질량)이 결정된다고 생각하고 있습니다.
아마도 네 가지 힘 중에서 중력 혹은 중력자에 대하여 가장 잘 모르고 있기 때문에 질량과 중력의 정체에 대하여 물리학적으로 일관된 설명이 이루어지지 못하고 있지 않은가 생각됩니다.
흔히 착각하기 쉬운 문제가 블랙홀이나 중력장에서 빛의 휨에 관한 것인데, 이것은 상대론적인 설명으로 빛의 질량 유무와는 관련이 없습니다. 즉 빛이 질량을 갖고 있기 때문에 경로가 휘는 것이 아니라 중력에 의한 공간의 휨으로 설명하기 때문입니다.
일반상대론과 입자물리학이 통일되는 (초)대통일론이 완성되면 질량과 중력에 대하여 좀더 자세히 알 수 있겠지요.