무게가 없는 빛는 어떻게 속도를 가질까

한줄요약 : 빛은 질량은 없지만 에너지를 가지고 있고 아이슈타인의 상대성이론에 따라 항상 진공에서 빛의 속도로 이동합니다!

일반적으로 무게가 없는 물체는 속도를 가질 수 없습니다.
하지만 빛은 시속 약 10억 8천만 km(초속 299,792,458m)의 어마어마한 속도로 이동합니다.
그렇다면 빛은 어떻게 이러한 속도를 가질 수 있을까요?

 

1. 빛은 무엇이길래 질량이 없다고 할까?

빛은 우리가 흔히 알고 있는 물질(예: 돌, 물, 공기 등)과는 다릅니다.
물질은 원자로 이루어져 있고, 원자는 다시 전자, 양성자, 중성자로 구성됩니다.
하지만 빛은 원자로 이루어진 것이 아니라,
전자기파의 한 형태로 광자(Photon)라고 불리는 입자이면서 동시에 파동의 성질을 가집니다.

과학적으로 질량이란, 어떤 물체가 정지해 있을 때 가지고 있는 고유한 무게를 의미합니다.
하지만 광자는 정지한 상태가 존재하지 않으며, 항상 빛의 속도로 움직이기 때문에 질량이 없습니다.
따라서 빛은 우리가 흔히 말하는 ‘무게’(질량)가 없는 것입니다.

2. 빛은 무게가 없는데 어떻게 움직일 수 있을까요?

물체들은 힘을 받아야 속도를 냅니다.
예를 들어, 자동차가 달리려면 엔진이 힘을 가해야 하고, 공이 날아가려면 손으로 던져야 합니다.
이는 뉴턴의 운동 법칙에 따른 것으로 질량이 있는 물체에는 항상 이러한 원리가 적용됩니다.

하지만 빛은 뉴턴 역학이 아닌, 아인슈타인의 상대성이론에 따라 움직입니다.
상대성이론에서는 질량이 없는 입자도 운동량을 가질 수 있으며,
진공 상태에서는 외부 힘 없이도 계속 일정한 속도로 이동할 수 있습니다.
즉, 빛은 존재하는 순간부터 항상 빛의 속도로 움직이며, 이를 멈추거나 느리게 할 수 없습니다.

3. 빛은 왜 항상 같은 속도로 움직이나요?

빛의 속도는 진공 상태에서 언제나 일정하며, 이는 자연의 법칙입니다.
아인슈타인의 특수 상대성이론에 따르면, 어떤 기준에서 보더라도 빛의 속도는 변하지 않습니다.
예를 들어, 사람이 정지해 있을 때 빛의 속도를 측정해도,

빠르게 달리는 기차 안에서 측정해도 항상 초속 299,792,458m(약 30만 km/s)로 동일합니다.

이것은 빛이 질량이 없기 때문에 가능한 현상이며, 중력이나 속도의 영향을 받지 않는 독특한 특성을 가지고 있기 때문입니다.
따라서 빛의 속도는 자연의 상수(고정된 값)로 간주되며, 우주의 모든 법칙이 이에 맞춰져 있습니다.

 

 

결론,
우리가 사용하는 인터넷, 스마트폰, TV는 빛의 속도와 성질을 활용한 기술입니다.
우리가 숨 쉬고 살아가는 것도 빛 덕분에 이루어지는 자연 현상입니다.
우리가 사물을 보고 사진을 찍을 수 있는 것도 빛이 이동할 수 있기 때문입니다.