Page 86 - 고경 - 2021년 6월호 Vol. 98

치와 크기를 정확하게 파악할 수 있다.

상대론적 양자역학의 진공 쌍소멸을 설명하는 이론이 상대론적 양자

역학relativistic quantum mechanics이다. 이는 특수상대성 이론과 양자역학을

결합한 이론이다. 상대론적 양자역학의 디랙Dirac 방정식은 중요한 물리 현상
여럿을 예측하고 기술한다. 여기서는 진공vacuum에 대해서만 살펴보겠다.
상대론적 양자역학에서 진공이란 어떤 에너지 준위 이하의 상태에 입자

가 꽉 차 있는 상태다. 그러므로 진공이란 아무것도 없는 상태가 아니라,

오히려 입자들로 가득 찬 상태다. 이는 어항 속의 물에 비유된다. 물속에
공기 방울이 없이 물이 꽉 차 있으면, 어항 속의 물고기는 아무것도 없다
고 느낄 것이다. 오히려 그 물속에 공기 방울이 있으면, 즉 물의 없음이 있

으면 무언가 있다고 생각한다. 상대론적 양자역학의 진공이 이와 같다. 어

떤 에너지 이하의 모든 상태가 완전히 차 있으면, 우리는 아무것도 없다고
생각하고 이를 진공이라고 한다.

변하지 않는 빛의 속도 많은 물리학자가 빛의 속도가 달라지는 것을

관측하려고 했다. 그러나 어떤 상황에서도 이 차이가 관측되지 않았다. 이
는 관측자의 운동에 상관없이 광속이 일정하다는 것이다. 빠르게 회전하
는 이중성double stars의 두 별에서 오는 빛의 속도도 같았다. 이는 광원의

운동에 상관없이 광속이 일정하다는 것이다.

따라서 광속은 관측자나 광원의 운동과 상관없이 언제나 일정하다. 문
제는 광속이 달라지지 않는다는 이 관측결과가 갈릴레이의 상대론이 예상
하는 것과 다르다는 것이다. 갈릴레이의 상대론을 지지한다면, 광속의 차

이가 관측되지 않는 이유를 설명해야 했다. 이를 위해 많은 물리학자가 여

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