아인시타인의 빛나는 업적인 특수상대성이론으로 비교적 쉽게 설명이 됩니다.
움직임이 없는 물체의 질량을 m0라고 한다면(사실 움직임이 없는 물체는 없으나 빛의 속도-초속 30만km에 비하여 상대적으로 낮은 속도)움직임이 있는 물체의 질량을 m으로 하고 특수상대성 이론을 적용하면(두가지 가정, 1. 상대론의 원리는 물리학 법칙은 서로 등속으로 운동하는 기준계에서는 모두 같은 꼴의 방정식으로 표현된다. 2. 자유공간에서 빛의 속도의 크기는 관측자의 운동상태에 관계 없이 모든 관측자에 대하여 동일하다)
m=m0/루트(1-v^2/c^2)
과 같은 간단한(?) 공식으로 정리되는데
v는 물체의 속도이고, c는 빛의 속도입니다.
물체의 속도가 빛의 속도에 비하여 상대적으로 아주 작을 때(시속 108km로 달리는 자동차는 초속 30m 빠르기입니다.) v^2/c^2는 아주 작아서 거의 0이고, 그러면 질량은 정지한 것이나 시속 108km나 별 차이가 없습니다.
그러나 속도가 빛의 속도에 접근하면 분모의 루트(1-v^2/c^2) 값은 1보다 작은 값이 되고 전체 질량은 커집니다. 분모가 작아질수록 전체 값은 커지는데, 예를 들면 분모가 1에서 0.1이 된다면 전체 값(즉 질량)은 10배가 되는 것이고.....
미적분에서 x->0와 같은 의미로 0은 아니지만 0에 가깝게 가는 수가 있다면
그의 역수는 무한히 커지게 되는 것입니다.
즉, 아무리 질량이 작아도 질량이 있기만 한다면 빛의 속도로 움직이는 질량이 있는 물체는 그 질량이 무한히 커지는 것이며 역설적으로 빛의 속도로 가지 못한다는 것입니다.
그러면, 빛이라는 것이 우리 주변에 만연해 있는데, 그건 뭔가? 빛은 광자(포톤, photon)라는 질량이 없는 물질이라고 가정합니다. 질량이 없지만 전파된다면 그건 파동 아닌가?
그렇게 알고 있었는데, 빛은 파동과 질량은 없지만 물질의 특성을 갖고 있습니다.
역시 아인시타인이 노벨상을 받은(광전자 이론으로 받음) light electron effect에 의하면 빛은 알갱이 특성(물질의 특성)을 보여 어려서 유리구슬로 놀이하듯이 빛이 알갱이처럼 어떤 물질 표면에 부딪히면 전자를 쫒아낸다는 이론을 명쾌하게 증명해내면서 빛은 입자성과 파동성을 동시에 지니고 있는 양태라는 것을 밝힙니다.
그런데 우주의 스케일을 보면, 우리 태양계가 반지름 60억km정도 되는 공간(36년 전인 1977년 발사된 우주탐사선 보이저호가 지금 태양계를 벗어나고 있을 것으로 추정됩니다.)이고 지구-태양간 거리는 1억 5천만km(빛의 속도로 8분 20초)이며 우리은하(갤럭시)는 지름 10만광년 정도 됩니다. 외부은하는 가까운 은하가 30만광년 정도 되며 우주 전체 스케일은 150억광년 즈음 된다고 합니다.
그러므로 빛의 속도로 오더라도 외부에서 우리 지구로 오려면 시간이 많이 걸리는데, 외계인이 우리 지구로 오려면 현재우리가 아는 과학지식으로는 참 시간이 많이 걸릴 것이다. 게다가 질량이 있다면 빛의 속도 이하로 여행해야 하는데......
하여 빛의 속도보다 빨리 와야 최소한 10만년 걸리는 우리은하에서 어디론가 돌아다닐 수 있을 텐데 그러려면 질량이 (-)크기를 가져야 한다는 것인데, 그건 허수(수학에서 제곱하면 -1이 되는 수)의 세계이고 질량이 - 크기라는 것은 지금 우리 시공간의 차원과는 다른 차원의 세계라고 보며 현재 과학으로는 규명되지 않는 현상일 것입니다.