상대성 이론이란, 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론에 대해서

상대성이론

 

상대성이론

 

알베르트 아인슈타인, 헨드릭 로렌트 등 여러 물리학자와 앙리 푸앵카레, 헤르만 민코프스키, 다비드 힐베르트, 마르셀 그로스먼 등 여러 수학자가 완성한 이론으로 시공간 물리학의 이론입니다. 특수상대성이론과 일반상대성이론으로 나뉩니다. 상대성 이론에 따르면, 서로 다른 상대 속도로 움직이는 관찰자는 같은 사건의 다른 시간과 공간에서 발생하는 것을 측정하며, 대신 물리적 법칙의 내용은 모든 관찰자에서 같습니다.

상대성은 단순한 자연법칙이 아닌 일종의 사고체계였고, 상대성은 인식의 혁명을 일으켰습니다. 상대성은 갈릴레이 갈릴레오와 아이작 뉴턴이 풀지 못한 측정 대상과 측정의 기준이 되는 추상적인 수학 개념과 기준 좌표계의 관계를 이해하려는 고민에서 비롯되었다고 할 수 있는데, 이는 미세한 관찰이 자연을 이해하는 열쇠라는 것을 나타냅니다.

 

아인슈타인은 상대성 이론을 다음과 같이 언급합니다.

"상대성 이론은 획기적이고 심각하며 깊지 않은 오래된 이론의 모순을 해결하기 위해 생겨났습니다. 이 새로운 이론은 일관성과 간결성을 유지하면서 오래된 이론의 모순을 강력하게 해결합니다."

 

 

특수 상대성 이론

 

특수 상대성 이론은 건축의 구조에 관한 것입니다. 아인슈타인은 1905년 저서 <운동 물체의 전기역학>에서 움직이는 물체의 전기 역학과 상대성 이론이 소개하였습니다.

특수 상대성 이론은 맥스웰의 전자기학이 고전역학의 갈릴레이 대칭을 따르지 않는다는 모순을 설명하기 위해 만들어졌습니다. 전자기파를 이용하여 전자기파의 속도를 계산할 수 있지만 이렇게 얻어진 전자기파의 속도는 관측자의 상대 운동과 관계없이 일정하며 이는 갈릴레이 대칭을 위반하였습니다. 이 문제를 해결하기 위해 아인슈타인은 두 개의 준동형을 도입하였고, 그 공식적인 참조에 따르면 자연계가 갈릴레이 대칭 대신 로런츠 대칭을 따른 다는 사실이 보여졌습니다.

특수 상대성 이론에서 우리는 관성 좌표계의 관측자가 실험적으로 절대 운동을 측정하고 생성할 수 없다고 믿습니다. 또한 진공 상태에서의 빛의 속도는 관성 좌표계의 두 관측자 모두에게 같다고 가정합니다.

특수 상대성 이론은 단지 두 개의 공준을 기반으로 하며 다른 모든 결론을 도출할 수 있습니다. 진공 상태에서 및의 속도는 모든 관찰자에게 같습니다. 모든 관성 좌표계 관측자의 경우 물리적 법칙은 같습니다. 이것은 또한 전자기학의 법칙을 포함합니다.

 

첫번째 공준은 고전 역학의 갈릴레오 대칭을 부정합니다. 

두번째 공준은 역학의 상대성 이론을 전자기학으로 확장시켰습니다.

 

• 시간연장: 움직이는 물체(S1)의 시간 변화는 외부 관찰자(S)애개 천천히 그리고 적시에 변화하는 것처럼 보입니다.
• 길이감소: 외부 관찰자(S)의 눈에서 움직이는 물체는 외부 관찰자(S)의 눈에 반사되는 이동 방향으로 짧게 나타납니다.
• 동시성의 상대성: 관찰자A(S1)의 눈에서 동시에 일어난다는 것이 관찰되었습니다 A에 대한 상대 운동을 수행하는 외부 관찰자 B(S)의 눈에서 동시에 발생할 수 없는 경우도 있습니다.
• 질량에너지 동등성:E=mc2 공식에 의해 동등하고 변환이 가능합니다.

(여기에서 S는 고정 관성 시스템이고 S1은 동기 부여 관성 시스템입니다.)

 

 

일반 상대성 이론

일반 상대성 이론은 1915년 아인슈타인에 의해 발표되었으며 일반 상대성 이론은 특수 상대성 이론의 확장된 버전이라는 것을 쉽게 이해할 수 있습니다. 이 이론은 뉴턴의 고전물리학에 결정타를 날림으로써 새로운 물리학 이론의 길을 열었다는 점에서 의미가 있다고 볼 수 있습니다.

일반 상대성 이론에 대해 배우기 전에 이를 확장하는 데 필요한 하나의 가정을 참조하시기 바랍니다.

 

등가 원리: 가속 시 중력의 작용 방향과 반대로 움직이는 관성력 가속 좌표계에서 지구에 의해 생성된 중력 가속도 g 및 중력 가속도 g와 같은 크기는 구별될 수 없습니다.

즉, 관성질량과 중력질량은 같은 측정치를 가집니다.