상대성이론 시간과 공간을 넘어트리다

상대성이론이란

시간과 공간의 절대성을 파괴합니다.비록 현대적 의미에서 과학이 언제부터 시작되었는가에 따라 다르지만, 한 가지 분명한 것은 갈릴레이, 데카르트, 뉴턴 시대에도 과학이 발달하고 있었다는 것입니다. 그들은 천체의 움직임을 수학적으로 분석했고 어떤 규칙들이 모든 천체에 균일하게 적용되었다는 것을 발견했습니다.

초기 과학은 주로 일상 사물을 연구했습니다. 갈릴레이는 기울어진 탑 위에 물체를 떨어뜨리거나 램프 위에서 물체를 둥글게 굴렀고 뉴턴은 떨어지는 사과를 보면서 중력의 법칙을 생각했습니다. 그들은 자연의 소리를 듣고 수학적으로 분석했습니다.

뉴턴이 운동의 법칙을 발표한 후, 그의 방정식은 다양한 분야에 적용되었고, 자연은 수학의 언어를 사용하는 것처럼 보였습니다. 300년 이상 지난 오늘날에도 뉴턴의 모터 스타일은 100층 이상의 최첨단 건물이나 지구 궤도를 도는 위성을 쉽게 발견할 수 있습니다.

모든 사람들은 물체에 힘을 가하면 물체는 움직인다는 것을 알고 있습니다. 그렇다면 물체가 움직이는 배경은 무엇일까요? 시간과 공간입니다. 하지만, “시간과 공간의 본질은 무엇인가?”라는 질문은 쉽게 나오지 않습니다.

시간과 공간은 물리적입니까? 아니면 우주를 이해하기 위해 인위적으로 도입된 추상적인 개념일까요? 뉴턴은 이 질문에 그럴듯한 대답을 해야 했습니다. 시간과 공간의 물리적 의미를 모르면 운동 방정식은 무의미합니다. 뉴턴은 시간과 공간은 절대적으로 불변의 실체이며, 그것으로부터 만들어진 우주 또한 변하지 않는 견고한 세계라고 생각했습니다.

고전역학은 자연현상을 놀랄 만큼 정확하게 묘사할 뿐만 아니라, 그것들로부터 얻어진 수학적 결과는 일상적 경험에 잘 부합합니다. 물체를 억지로 움직이면 속도가 빨라지고, 야구공을 세게 던질수록 받는 사람의 손에 미치는 영향이 커집니다. 손가락으로 물체를 세게 누르면, 물체는 같은 크기의 힘을 손가락에 전달합니다.

뉴턴은 중력을 방정식에 포함시켰지만, 전기와 자기력이 수학적으로 표현된 것은 약 200년 후였습니다. 1860년대에 영국의 맥스웰은 고전 물리학의 단계를 전자기력의 영역으로 확장했습니다. 이 과정에서 몇 가지 방정식이 추가되어 수학적 내용을 조금 어렵게 만들었지만, 우리의 직관과 일치한다는 점에서 크게 달라지지 않았습니다.

모든 것이 순조롭게 진행됨에 따라, 19세기 말의 물리학자들은 곧 우주의 모든 현상을 설명할 수 있을 것이라는 기대감으로 가득 차 있었습니다. 당시 물리학의 다양한 분야에서 괄목할 만한 업적을 남긴 켈빈은 자신 있게 “이제 물리학에 남아 있는 것은 기존 측정치의 소수 자릿수를 늘리는 것뿐입니다.”

그는 물리학에서 남은 두 가지 문제를 간단히 언급했습니다: 빛의 특성과 뜨거운 물체에 의해 방출되는 방사선의 문제. 그와 많은 다른 물리학자들은 그것을 지엽적인 문제로 여겼고 그것이 곧 해결될 것이라는 것을 의심하지 않았습니다.

10년도 채 지나지 않아, 이 두 가지 문제는 기존의 물리학을 산산조각 낸 대혁명을 촉발시켰습니다. 첫 번째 문제는 아인슈타인의 상대성 이론을 낳았고, 두 번째 문제는 시간, 공간, 그리고 현실의 고전적인 개념을 즉시 날려버려서 양자역학이라고 불리는 새로운 물리학을 만들었습니다.

1905년, 아인슈타인은 세계를 놀라게 한 특별한 상대성 이론을 발표했습니다. 그것은 두 가지 간단하면서도 심오한 가설을 포함하고 있습니다. 하나는 빛의 본질과 관련이 있고 다른 하나는 물리 법칙의 일관성과 관련이 있습니다.

광속의 원리는 불변합니다. 빛의 속도는 광원이나 관찰자의 움직임에 상관없이 항상 일정합니다.
상대성 원리: 물리 법칙은 항상 일정한 속도로 움직이는 관찰자를 위해 같은 형태로 표현됩니다.

“만약 여러분이 빛과 같은 속도로 움직여서 빛을 본다면 어떻게 될까요?”빛의 일정한 속도는 우리를 혼란스럽게 합니다. 왜냐하면 그것은 일상적인 관념과는 다르기 때문입니다. 예를 들어, 한 야구 선수가 시속 150 킬로미터의 속도로 공을 던집니다. 정지해 있는 사람의 눈에는 공의 속도가 시속 150km이지만, 공과 같은 방향으로 시속 100km로 움직이는 사람의 경우 공의 속도는 50km가 됩니다.

그러면 야구공이 빛으로 변하고 빛과 같은 속도로 움직이는 사람이 빛을 관찰하면 어떻게 될까요? 이것은 아인슈타인이 어린 시절부터 생각해왔던 질문들 중 하나였습니다. 상식적으로, 빛과 같은 속도로 움직여서 빛의 속도를 측정한다면, 빛은 정지해 있는 것처럼 보여야 합니다. 상대성 이론에 따르면, 빛의 속도는 항상 30만 킬로미터까지 느려지거나 빨라지지 않습니다. 즉, 광원이나 관찰자의 움직임에 상관없이 빛의 속도는 항상 일정합니다.

Leave a Comment

안녕하세요