고급물리:전기장 편집하기 (부분)

=== 태양이 갑자기 사라지면 지구에선 언제 그 사실을 알게 될까? ===

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!학생 답변
!교사 코멘트
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* 8분 뒤. 태양에서 지구까지 광속으로 8분이기 때문에 태양이 사라진 후 사라지기 전 마지막에 나온 빛이 약 8분 정도 뒤에 지구에 도착한 후 더이상 빛이 도달하지 않아서 알게 될 것이다.
* 태양에서 나온 빛이 지구에 도착하는 데 약 8분 20초가 걸린다. 그래서 태양이 갑자기 사라진다면, 지구에서는 그동안 평소처럼 태양빛을 보다 약 8분 20초 후에야 태양이 사라졌다는 사실을 알게 된다.
* 태양과 지구 사이의 거리는 약 1억 5천만 km 이므로 초속 30만 키로미터인 빛은 약 8분 20초 후에 지구에 도달하여 그 사실을 알게 될 것이다.
* 태양과 지구 사이 거리가 약 1억 5000만 km이고 빛은 약30만 km/s 이기에 나누면 500초로 8분 20초 정도 후에 알게될 것이다.
* 태양에서 지구까지 빛이 오는 데 약 8분 20초가 걸리므로 지구에서는 약 8분 20초 뒤에야 태양이 사라진 사실을 알 수 있다
* 약 8분 20초 후에 알게 된다. 지구와 태양 사이 거리를 빛의 속력으로 나누면 500초 정도 걸리기 때문이다
* 태양과 지구 사이의 거리는 약 1억 5천만 km이고, 빛이 이 거리를 이동하는 데 약 8분 20초가 걸린다. 따라서 태양이 실제로 사라진 순간부터 약 8분 20초 동안 지구에서는 태양이 사라졌다는 사실을 알 수 없다. 이는 정보가 빛보다 빠르게 전달될 수 없기 때문이다.
* 태양과 지구 사이에 거리는 1억 5000만 km인데 빛은 초속 약 30만 km로 이동하므로 태양 표면을 출발한 빛이 지구에 도달하기 까지 약 8분 20초가 걸린다. 따라서 약 8분 20초 후에 알게 될 것이다.
* 지구와 태양사이거리 1억 4,960만 킬로미터이고, 빛의속도는 약 30만 km/s 이므로 약 8분 20초 뒤일 듯 하다
|'''정확한 답변. 굳!'''

태양과 지구 사이의 평균 거리는 약 1억 5천만 km이고, 빛의 속력은 초속 약 30만 km임.

따라서 걸리는 시간은 1억5천만km/(30만km/s)이므로 약 8분 20초임.
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* 태양 빛과 중력이 지구까지 도달하는 데 걸리는 시간인 약 8분 20초 후에 알게 된다.
* 약 8분 20초 뒤에 알게 된다. 태양빛이 지구까지 오는 데 그만큼 걸리기 때문이다. 중력의 변화도 빛과 같은 속도로 전달되므로, 어두워지는 것과 궤도를 벗어나는 것을 동시에 겪게 된다.
* 태양이 사라진 후 약 8분 20초 뒤에 알게 된다. 태양과 지구 사이의 거리를 빛의 속도로 이동하는 데 걸리는 시간이 약 8분 20초이기 때문이다. 아인슈타인의 상대성 이론에 의하면 시공간의 왜곡으로 발생하는 중력의 변화(중력파) 역시 빛의 속도로 전달되므로, 태양이 사라져도 8분 20초 동안은 지구에 빛이 계속 도달하고 기존의 공전 궤도를 그대로 유지하다가 그 이후에 어두워지며 궤도를 벗어나게 됩니다.
|오우, 빛뿐만 아니라 중력장의 변화까지 생각한 경우.

중력장의 변화도 즉시 전달되지 않으므로, 태양이 사라졌다는 가상의 상황에서 지구는 약 8분 20초 동안 태양빛을 계속 받고 기존의 공전 운동도 계속하게 됨.

그 이후에는 빛이 더 이상 도달하지 않고, 태양의 중력 변화에 대한 정보도 지구에 도달함.
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* 특수 상대성이론에서는 동기화된 시계로 그 시간에 기록된다 하지만 선생니께서 원하신 답변은 8분 후 아닐까
|오오; 맞습니다. 지구에선 태양이 없어지자마자 빛과 중력이 사라졌다고 느끼지.
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* 나는 태양이 갑자기 사라진다는 것을 태양을 이루는 물질이 흩어지는 것이라고 정의했다. 태양의 물질이 아무리 빠르게 흩어지더라도 질량이 있는 물질은 빛의 속도를 넘을 수 없다. 또한 태양이 사라졌다는 정보 역시 빛보다 빠르게 지구에 전달될 수 없다. 검색 결과 태양과 지구 사이의 거리는 약 1억 5천만 km이고 빛이 이 거리를 이동하는 데 약 8분 20초가 걸린다.
|오, 간단하게 던진 문제에 이렇게 진지하게 덤벼주다니...!?

실제로 태양을 이루는 물질 전체가 한순간에 사라지는 것은 현실적인 과정이 아님. 질량이 있는 물질은 빛의 속력에 도달하거나 이를 넘을 수도 없음.

다만 이 문제에서 “태양이 갑자기 사라진다”는 것은 실제로 가능한 과정을 묻는 것이 아니라, 태양에서 일어난 변화에 관한 정보가 지구까지 전달되는 데 얼마나 걸리는지를 묻기 위한 가정임.
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* 지구는 공전 속도 v로 움직인다하고, 태양이 사라진 순간의 태양과 지구 사이 거리를 d이라 할 때 빛이 이동하는 동안 지구도 이동한다. 태양이 사라진 이후 외부 힘이 작용하지 않아 지구는 등속 직선 운동하니 (ct)^2=d^2+(vt)^2이므로, t=(d/c)/sqrt(1-v^2/c^2) 뒤에 빛이 지구에 도달한다. 그러나 일반상대론에서는 중력장 변화의 전파속도가 빛의 속도와 같으므로 그냥 d/c이다. 실제 계산 하면 둘다 약 8분 20초 이다.(밀리초 단위로 차이남)
* 거리 나누기 빛의 속도보다 짧아질 것이다 지구는 운동 중이기 때문
|이얔ㅋㅋㅋㅋㅋ 근데, 내가 별 조건에 대한 언급을 안했다면 단순하게 묻는 거라고 생각하는 게 맞음.
지구의 속력은 빛에 비해 너무 느리기 때문에 무시한다고 생각하자.
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* 149,597,870,700÷299,792,458 를 계산해본 결과 약 499.00478383615........생략.
|계산 방법 자체는 정확함. 하지만 계산기에 나온 소수점 이하 숫자를 전부 옮겨 적는 것은 물리적으로 의미가 없음;;;

사용한 태양과 지구 사이의 거리는 특정한 정밀도를 가진 값이며, 실제 거리도 지구의 공전에 따라 계속 변함. 따라서 계산 결과만 무한히 많은 자릿수로 쓴다고 더 정확해지는 것이 아님.
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