야구공을 있는 힘껏 던져본 적이 있으신가요? 이때 날아가는 속도까지는 재보지 못했을 텐데, 보통 일반인의 경우 잘 던졌을 때 시속 60~80km 정도가 나온다고 합니다. 반면 공을 빠르게 던지는 투수는 시속 150~160km 정도가 나오고, 이 정도 속도로 날아가는 공을 통상적으로 강속구라고 합니다.
그리고 가끔은 표현을 과장하여 광(光)속구라고 하기도 합니다. 빛의 속도처럼 매우 빠르게 날아갔다는 의미인데, 여기서 주제의 궁금증이 생깁니다. 진짜 광속구를 던지면 어떤 일이 벌어질까요? 주제의 궁금증을 도서 『위험한 과학책』에 소개된 내용을 참고해 해결해보고자 합니다.
실제 투수가 약 시속 10억km의 광속구를 던진다면 정말 많은 일이 벌어질 겁니다. 우선 공이 매우 빠르게 날아가므로 주변의 모든 것들이 거의 정지 상태처럼 보이고, 여기에는 매우 빠르게 이리저리 진동하고 있을 공기 중의 분자들도 해당합니다.
일반적으로 야구공을 던지면 공기가 야구공 주변을 물 흐르듯이 피해갑니다. 하지만 광속으로 날아가는 경우에는 공기 분자들이 어디로 이동할 순간도 없어서 공이 그대로 공기 분자를 들이 받으면서 나아가게 됩니다.
그러면 공기 분자 중 질소와 산소 등의 원자와 야구공 표면의 탄소, 수소, 산소 등의 원자 사이에서 원자핵들이 서로 충돌하면서 융합 작용이 일어나는데, 이 과정에서 감마선과 고에너지의 입자 파편들이 사방으로 방출됩니다.
이때 방출된 감마선과 고에너지 입자 파편이 주변 공기 분자와 충돌해 원자를 둘러싼 전자껍질에서 전자들이 떨어져 나가게 합니다.
그리고 떨어져 나온 전자는 중성 분자(N₂, O₂)와 충돌해 전자가 또 떨어져 나가도록 하거나 양이온(N₂⁺, O₂⁺, N⁺, O⁺)과 재결합하여 빛과 열이 발생하도록 해 공 주변으로 뜨겁게 빛나는 공기층(플라스마)을 만들어 냅니다.
플라스마층은 야구공보다 살짝 앞서서 거의 빛의 속도로 날아갈 텐데, 날아가면서 야구공 앞에서는 끊임없이 융합 작용이 일어날 것이고, 야구공 표면을 조금씩 갉아 먹어 파편들이 사방으로 튕길 겁니다.
이 파편들은 계속해서 공기 분자와 부딪히면서 융합 작용을 2~3차례 더 일으킬 것이고, 대략 0.00000007초 후에 야구공이 타자의 위치에 도달하게 될 겁니다.
참고로 타자에게 도달했을 때 공의 상태는 주로 탄소, 산소, 수소, 질소로 이루어진 총알 모양의 팽창하는 고온의 플라스마 구름일 겁니다.
또 타자는 공이 날아오는 걸 아예 보지도 못했을 텐데, 그 정보를 전달해 주는 빛이 야구공과 거의 같은 시간에 도착하기 때문입니다.
아마 타자를 먼저 덮치는 건 떨어져 나온 전자가 공기 분자와 만나 급감속하면서 X선을 강하게 방출하는 얇은 엑스레이층일 것이고, 이어서 몇 나노초 후에 파편 구름이 덮칠 겁니다.
결과적으로 타자는 순식간에 세상에서 증발할 것이고, 엑스레이층과 뜨거운 플라스마 상태가 된 공기는 바깥쪽과 위쪽으로 팽창하면서 주변 몇 킬로미터 내에 존재하는 모든 것을 순식간에 갈가리 찢어 놓을 겁니다. 보다시피 광속구는 공이 아니라 핵폭발의 위력을 내는 무기에 가깝습니다. 궁금증이 해결되셨나요?
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