상대성원리 아인슈타인

상대성원리 아인슈타인

상대성 원리에서 기본적으로 이해하실 사항이 몇가지 있습니다.

먼저 기존의 뉴턴역학에서는 공간과 시간은 절대적인 것이며, 분리된 것으로 이해해 왔습니다.

이때의 공간은 2차원적으로 생각하면 마치 바둑판의 눈금처럼 딱딱 나눠지는 것이었죠. 그리고 시간은 어디서나 똑같이 흐른다고 인식했습니다.

그러나 상대성 이론에서는 공간과 시간은 상대적인 것이며, 서로 통합해서 시공간으로 부르게 됩니다. (4차원의 시공간)

그리고 어떤 등속 운동상태로 있는 밀폐된 계(관성계)의 내부에서는 자신의 계가 운동하고 있는지 정지했는지 알 수 없습니다.

창문이 있다고 가정했을 때, 운동 여부는 알 수 있겠지만 이때 운동하는게 자신의 계인지 외부인지 아는것은 불가능합니다.

또한 빛의 속도는 불변이며(동일 매질에서), 빛의 속도보다 빠른것은 존재하지 않습니다. 이는 관측자가 어떤 속도로 운동하면서 관측하든 빛의 속도 c는 여전히 30만km/s로 관측된다는 말입니다.

그리고 중력-가속도 등가원리에 따라 가속도와 중력을 동일한 것으로 파악했습니다. 흔히 쓰이는 예로 엘리베이터가 있습니다. 무중력의 공간에서 엘리베이터가 위로 일정한 가속도를 가지고 상승하게 되면 사람은 엘리베이터 바닥쪽으로 중력이 작용한다고 생각하게 됩니다.

또한 빛은 공간을 진행하고, 공간이 휘어지면 그 휘어진 공간을 따라서 진행하게 됩니다. 그리고 공간은 질량에 의해 휘어지게 된다고 생각합니다. 그 결과 1919년 에딩턴의 개기일식 관측때 태양 주변에서 관측되는 별들이 평소와 다른 위치에서 관측이 되었죠. 그리고 마찬가지 원리로 상승하는 엘리베이터 내에서 직진하는 빛은 외부에서 보면 경로가 휜 것처럼 보이게 됩니다.

속도가 빨라질수록 시간은 느려지게 되고 관측 대상의 길이는 짧게 보인다..는 말은 들어 보셨을 것입니다.

이것은 위에서 말했던 빛의 속도는 불변이라는 이유때문입니다.

한 예로 원통의 바닥에서 출발한 빛이 천장에 닿는데 걸리는 시간이 1초라고 하면..

정지 상태에서는 정상적으로 1초가 걸립니다.

그러나 원통이 수평방향으로 고속으로 이동한다고 하면 바닥에서 출발한 빛은 외부에서 봤을 때는 비스듬하게 올라가는 것처럼 보입니다.

이때 위에서 말했듯, 빛의 속도는 항상 불변이기 때문에 비스듬한 경로(즉, 더 길어진 경로..직각 삼각형을 생각해 보세요)를 똑같은 c로 진행하므로 결국 천장까지 닿는데는 1초보다 더 길게 걸리게 됩니다.

그러나 원통 내부에서는 똑바로 직진해서 올라가는 것으로 보이므로 정상적으로 시간이 흐르는 것으로 느끼지만, 외부에서 보면 빛이 비스듬하게 올라가는 것으로 보여서 원통 내부의 시간이 느리게 가는 것으로 관측됩니다.

그러나 원통 내부에서 외부를 관측하면 외부의 시간이 느리게 가는 것처럼 보이게 됩니다.

또 E=mc²라는 유명한 공식이 있죠..

이 공식은 질량-에너지 등가공식으로 어떤 질량은 그 질량에 광속의 제곱을 곱한만큼의 에너지를 발생시킬 수 있다..는건데, 핵분열이나 핵융합시 반응 전보다 반응 후의 질량이 작은데 이때 줄어든 질량만큼이 위의 공식에 따라 에너지로 변환되는 것입니다.

(출처 : '상대성원리' - 네이버 지식iN)

1. 빛의 속도는 일정하다.

2. 모든 운동은 상대적이다.

1번은 우리가 일반적으로 생각하는 부분과 약간 틀린 부분입니다. 우리는 보통 생각하기를 우리가 초속 29만km/s의 속도로 움직이는 우주선에 타고 있다고 하면, 빛의 속도는 59만Km/s 나, 1만Km/s로 측정될 것으로 예측합니다. 하지만, 실제로 측정해 보면 빛의 속도는 초속 30만Km/s 로 측정됩니다. 즉 내가 어떤 속도로 움직이고 있던지간에 그것에 관계없이 빛의 속도는 항상 30만Km/s로 측정된다. 라는것이 바로 1번의 설명입니다. 그리고, 이것은 어떤 이론에 의한 결과가 아니라, '마이켈슨-몰리' 라는 두 사람이 한 '에테르 증명 실험' 이라는 실험에서 나온 실험결과입니다. 즉 실제로 측정된 사실이지, 이론 같은게 들어간 결과가 결코 아닙니다. 즉 이 1번을 부정하고 들어가 버리면, 상대성이론은 성립하지 않습니다.

2번은 우리가 고등학교때도 배워왔던 뉴튼 역학에서도 나오는 그 유명한 '관성의 법칙'과 연결되는 내용입니다. '관성의 법칙'이란, '움직이는 물체는 계속 움직이려는 경향성을 가지고, 정지해 있는 물체는 계속 정지해 있으려는 경향을 가진다.' 라는 법칙인데요, 즉 움직이는 물체가 계속 움직이려고 한다는 것은 움직이는 물체는 외부와의 정보공유를 하지 않을 경우 움직이는 사람 본인이 움직이는지 움직이지 않는지 측정할 방법이 없다는 것을 증명하는 부분이랍니다. 즉 자기 자신이 증명할수 없다면, 외부를 보았을 경우에는 움직인다는 것을 알수 있겠지만, 그건 외부공간이 절대좌표계라 정의 했을 경우에만 성립되는 경우이고, 만약 외부공간이 절대좌표계가 아니라면, 내가 움직이는지 주변 전부가 움직이는지를 알수 있는 방법은 없다고 할수 있답니다. 이것이 바로 2번의 주요요점이죠. 즉 상대성이란, 내가 움직이는지 상대가 움직이는지 알수 있는 방법은 없다는 부분이랍니다.

위의 2가지 가정에서 모든 상대성이론의 식은 출발하게 되어 있습니다.

(출처 : '상대성원리 기본적인개념이 헷갈리네요 ㅜㅜ' - 네이버 지식iN)