너무나 유명한 아인슈타인은 여러분도 잘 아시죠.
1897년 독일 출신으로 특수상대성이론(special theory of relativity)을 발표하고 그 후 11년 뒤 일반상대성이론(general theory of relativity)을 발표한 것으로 유명한 과학자입니다.
누가 뭐라고하든 과학계의 큰 획을 그은 이론이 바로 상대성이론(theory of relativity)입니다.
그 유명한 공식입니다. 많이들 들어보셨죠?
상대성이론의 두가지 가설
상대성이론이 성립하려면 일단 2가지 가설을 전제로 합니다.
1. 모든 관성계에서의 물리법칙은 동일하다.
2. 광속불변의 원리
모든 관성계라면 서로 등속운동을 하는 좌표계를 말합니다. 서로 등속운동을 한다면 당연히 동일한 물리법칙이 적용되겠죠.
이견이 없는 가설인 것 같습니다.
그런데 문제는 두번째 가설에서 발생합니다. 상대성이론을 발표할 당시 광속불편의 원리는 이해하기 어려운 원리였죠.
빛의 속도는 30만km/s입니다.
만약 50km/s로 달리는 기차에서 관찰할 때 기차의 전방에서 후레시 빛을 비추면 빛의 속도는 30만km/s-50km/s가 됩니다.
반대의 경우라면 30만km/s+50km/s가 되어야 하죠.
하지만 아인슈타인은 둘다 30만km/s라고 말합니다. 빛의 속도는 불변이라는 것이죠.
기존 관성계에서의 보편적인 물리 개념을 깨어야 했습니다.
특수상대성이론 special theory of Relativity
<질량-에너지 등가성 수식>
위의 두가지 가설을 기준으로 한다면,
즉 빛의 속도가 일정하다면 서로 다른 속도를 가진 좌표계의 모든 자연법칙은 동일한 형태로 기술할 수 있다는 것입니다.
무슨 말인가하면 우리가 절대적이라고 생각했던 시간과 공간의 개념이 절대적이 아니라는 말이죠.
시간과 공간의 개념은 관찰자의 운동속도에 따라달라진다는 것입니다.
관찰자의 속도가 빠르면 시간은 느려지고 거리는 짧아지고 질량은 늘어납니다.
이것이 특수상대성이론입니다.
이 포스팅에서는 거기에 들어가는 공식등은 배제합니다. 제가 물리학자도 아니고 알지도 못합니다.
그 개념만 언어로 설명하고 이해하는 데 만족하려고 합니다.
특히 특수상대성이론을 이해하는 사람은 전세계에 몇 안된다고 합니다. 저도 관념적으로만 이해하려고 노력할 뿐입니다.
일반상대성이론 general theory of Relativity
아인슈타인이 특수상대성이론은 발표한 지 11년 만에 발표한 이론입니다.
요약하면 특수상대성이론에 중력까지 포함,확장해서 빛의 진로가 강력한 중력 장 속에서 굽어진다는 내용의 이론입니다.
중력까지 확장했다는 뜻은 가속도의 개념까지 넓혔다는 것이죠.
요즘 핫한 영화 인터스텔라에서도 이 이론이 등장하는 것으로 압니다.
저는 과학인지 판타지인지 구분이 안가지만 많은 전문가들이 중력장이나 상대성이론 등의 물리학을 영화에 잘 녹여놓았다더군요.
일반상대성이론의 또다른 점은 중력장으로 인해서 시공간이 휘며 그로 인해서 물체의 운동에 영향을 미친다는 것입니다.
이러한 일반상대성이론을 뒷받침하거나 파생되는 이론들이 있습니다.
민코프스키 세계의 선소, 시간지연, 길이 수축 등입니다.
EBS에서 '인터스텔라가 이해가 안된다면?' 이라는 부제로 상대성이론에 대해서 영상을 제작했습니다.
그 중에 1부를 소개해 드릴께요.
나머지 챕터의 영상이 궁금하시면 유투브에서 검색하시면 바로 나옵니다.
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