질량-에너지 등가원리에서 질량이 에너지로 전환되면 질량이 감소하는 것인가요?
질량 결손과 같은 과정을 보면, 감소한 질량만큼이 에너지로 전환되는데, 그럼 이때 우주 전체적으로 보았을 때 질량은 일정하게 유지가 되나요? 아니면 감소하나요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.
질량 결손 현상은 핵융합이나
핵분열과 같은 핵반응에서 관찰될 수
있고 이 현상은 에너지와
질량의 등가성을 나타내는
아인슈타인의 상대성이론 E=mc²에 잘 부합합니다.
여기서 E는 에너지 m은 질량 c는
빛의 속도를 의미합니다.
핵반응 과정에서 질량이 감소하면
감소한 질량에 해당하는 에너지가 방출됩니다.
이것은 질량 자체가 소멸된다는 것이 아니라 질량
형태로 저장되어 있던 에너지가 다른 형태로
변환된 것에 지나지 않습니다.
우주 전체의 에너지는 보존됩니다.
이것은 에너지 보존 법칙의 한 예로 질량이
에너지 형태로 전환되어도 우주 전체의
에너지 총량은 바뀌지 않습니다.
우주의 질량과 에너지 총량을 다루는 또 다른 개념은
노이터의 정리입니다.
이 정리는 시간에 대한 대칭성이 에너지
보존으로 이어진다는 것을
밝혀내었고 이는 에너지가
보존된다면 질량 역시 응당 특정 형태로
보존될 것임을 시사합니다.
현재 우리가 이해하는 우주에서는
에너지와 질량이 전환은 가능
전체적으로 보존되고 있다고 여겨집니다.
이것은 닫힌 시스템 내에서만 엄격하게 적용됩니다.
우주 전체가 닫힌 시스템인지에 대해 완벽하게
이해하고 있다고 말할 수는 없기 때문에
우주 전체의 질량과 에너지가 보존된다고
할 수 있는 지에 대해서는 아직 명쾌한 답이 없습니다.
우주의 팽창과 같은 다른 과정들이 적용되는 경우
총 에너지의 정의와 보존은 더 복잡해집니다.
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