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빛보다 빨리 빠른 입자가 있을까?
상대성이론의 테두리 안에서 살펴보는 타키온

“빛보다 빠른 것이 있을까?”
누구나 한 번쯤은 가졌던 소박한 질문으로부터 시작했다. 만일에 그런 것이 정말로 있다면 그것을 타고 우주 탐험에 나설 수 있을까? 타임머신처럼 과거로 돌아갈 수 있을까? 그리고 미래도 알 수 있는 것일까? 이런 상상을 통해 우리의 꿈은 무한히 퍼져 나갔다. 그러나 중학생이 되고 고등학생이 되니 빛은 이 세상에서 가장 빠른 것이라고 배운다. 그리고 대학생이 되면 아인슈타인의 상대성이론이 광속도를 넘는 것을 부정하는 개념 위에 성립되어 있음을 알게 된다. 우리의 꿈은 이렇게 사라지고 말았다. 그러나 광속도보다도 빨리 달리는 것을 지금도 찾는 물리학자가 있다. 아무리 상대성이론이 그러한 존재를 허용하지 않더라도 말이다. 빛보다 빨리 달리는 입자를 타키온(Tachyon)이라고 부른다. 이 책은 그 타키온을 고전적인 입자로 생각하여 그것이 어떤 입자이고, 어떠한 것을 가져다주며, 그것을 발견하려면 어떻게 하면 되는가의 문제를 현재의 상대성이론의 테두리 안에서 생각해 본 것이다. 그리고 그 꿈과 같은 입자를 발견하려는 도전 내용 몇 가지를 소개했다.

머리말

1. 빛보다 빠른 입자가 만일 존재한다면
SF적 세계의 실현
광속도는 특별한 것

2. 광속도를 넘을 수는 없다
물체를 빨리 달리게 하려면
전기력은 중력을 이긴다
가장 가벼운 전자의 경우
그래도 광속도는 넘어설 수 없다

3. 빛의 속도는 변하지 않는다
광속은 비상식적
시간, 공간은 구부러진다

4. 모든 물체는 광속에 가까워지면 무거워진다
질량이란?
질량이 커지므로 광속도를 넘을 수 없다
5. 질량은 에너지이다
가해진 에너지가 질량으로 전환된다
에너지 보존의 법칙과 질량 보존의 법칙의 통일
모든 것은 「광속도 일정」으로부터

6. 히말라야산 저 너머 또 하나의 세계가 있는 것일까?
빛의 고유질량은 0
2가지 입자군
벽의 저 건너편에는 무엇이 있나?

7. 빛보다 빠른 입자
탄생했을 때부터 초광속인 타키온
타키온의 특징
에너지는 0, 속도는 무한대

8. 기묘한 거동
타키온은 변덕쟁이
불변량(不變量)이란?
관측자에 따라 달라지는 타키온의 속도

9. 과거로의 통신은 가능할까?
타키온 로켓
과거의 자기에게 소식을 보낸다
인생은 장미꽃밭에 있는 기분?

10. 깨어지는 인과율
원인은 결과에 선행한다
인과율이 깨지면 학문의 근본이 흔들린다

11. 마이너스의 에너지
타키온의 특이성
타키온으로부터 무한의 에너지를 꺼낸다

12. 무한대 속도의 타키온
에너지가 0이라도 운동량을 갖는다
우주의 끝까지도 순식간에 교신 가능
타키온 수신기
타키온은 우주 공간 그 자체인 것일까?

13. 타키온과 우주
타키온은 우주를 무한대로 만든다
블랙홀(Black Hole)로부터의 탈출도 가능?

14. 인과율은 지켜진다
인과율을 지키기 위한 원리
마이너스 에너지 입자의 재검토
재해석 원리
시간 역행의 재해석
무한 에너지는 어떻게 꺼내는가?
재해석 원리가 뜻하는 것

15. 타키온을 찾는다
찾기 위한 가정
타키온을 만든다
타키온을 발견하는 방법

16. 진공 속에서 체렌코프광을 측정하는 실험
알버거의 실험

17. 광속도보다 빠른 속도를 측정하는 실험
타키온의 속도를 측정하는 방법
우주선으로부터 구한다
클레이의 실험

18. 허수의 질량을 측정하는 실험
거품상자로 타키온을 찾는다
발티의 실험에서도 부정적
실험 결과가 뜻하는 것

19. 타키온의 존재는 부정되었는가?
실험의 가정은 정확했을까?
두 번째 실험의 문제점
세 번째 실험의 문제점

20. 어떤 실험으로 타키온을 찾아야 하나?
체렌코프 방사를 검출하는 실험
비행시간을 측정하는 실험
중성 타키온의 검출법

21. 타키온은 기다린다
사실은 이론을 초월한다
타키온이 던져 주는 꿈
타키온은 기다린다

부록 1
부록 2

역자의 「노트」