아인슈타인의 상대성이론이란? (특수상대성이론, 일반상대성이론)

일반상대성이론은 중력이 힘이 아니라 시공간의 곡률임을 알려준다.

알베르트 아인슈타인은 많은 것으로 유명했지만 그의 가장 큰 발명품은 상대성 이론입니다. 그것은 공간과 시간에 대한 우리의 이해를 영원히 바꿔 놓았습니다.

상대성이란 무엇입니까? 간단히 말해서 물리 법칙은 모든 곳에서 동일하다는 개념입니다 . 여기 지구에 있는 우리는 우주 저편에 있는 누군가와 똑같은 빛과 중력의 법칙을 따릅니다.

물리학 의 보편성은 역사가 지방적이라는 것을 의미합니다. 보는 사람마다 이벤트의 타이밍과 간격이 다르게 표시됩니다. 우리에게 백만 년은 고속 로켓을 타고 날아가거나 블랙홀에 빠지는 누군가에게는 눈 깜짝할 사이일 수도 있습니다. 모두 상대적입니다.

특수 상대성 이론

아인슈타인의 이론은 특수상대성이론과 일반상대성이론으로 나뉜다. 특수상대성이론이 먼저 나왔고 빛의 속도가 모든 사람에게 일정하다는 점을 기반으로 합니다 . 그것은 충분히 간단해 보일지 모르지만 광범위한 결과를 가져옵니다. 아인슈타인은 지구가 태양 주위를 공전할 때 빛의 속도가 변하지 않는다는 실험적 증거가 나타난 후 1905년에 이 결론에 도달했습니다 .

대부분의 다른 사물의 속도는 관찰자가 움직이는 방향에 따라 달라지기 때문에 이 결과는 물리학자들에게 놀라운 것이었습니다. 철로를 따라 차를 몰고 있다면, 당신에게 다가오는 기차는 당신이 돌아서서 같은 방향으로 따라가는 것보다 훨씬 더 빨리 움직이는 것처럼 보일 것입니다.

아인슈타인은 빛의 속도는 아무리 빠르고 어떤 방향으로 움직이든 상관없이 모든 관찰자는 초당 186,000마일로 측정할 것이라고 말했습니다. 이 격언은 코미디언 스티븐 라이트(Stephen Wright)에게 다음과 같이 질문하게 했습니다.

대답은 헤드라이트가 정상적으로 켜지지만 우주선 내부의 누군가의 관점에서만 켜진다는 것입니다. 외부에 서서 우주선이 날아가는 것을 지켜보는 사람에게는 헤드라이트가 켜지지 않는 것 같습니다. 빛은 나오지만 우주선과 같은 속도로 이동합니다. 이러한 모순된 버전은 시간과 공간을 표시하는 눈금자와 시계가 다른 관찰자에게 동일하지 않기 때문에 발생합니다. 아인슈타인이 말했듯이 빛의 속도가 일정하게 유지된다면 시간과 공간은 절대적일 수 없습니다. 주관적이어야 합니다.

예를 들어, 빛의 속도의 99.99%로 이동하는 100피트 길이의 우주선은 정지한 관찰자에게는 1피트 길이로 보이지만 탑승한 사람들에게는 정상적인 길이로 유지됩니다. 더 이상하게도 시간은 더 빨리 가면서 더 느리게 흐릅니다. 쌍둥이가 질주하는 우주선을 타고 머나먼 별까지 갔다가 돌아오면 지구에 머물렀던 언니보다 나이가 어려진다.

질량도 속도에 따라 달라집니다. 물체가 더 빨리 움직일수록 더 무거워집니다. 사실 어떤 우주선도 질량이 무한대로 커지기 때문에 빛의 속도의 100%에 도달할 수 없습니다. 질량과 속도 사이의 관계는 종종 질량과 에너지 사이의 관계로 표현됩니다. E=mc^2 , 여기서 E는 에너지, m은 질량, c는 빛의 속도입니다.

 

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일반 상대성 이론

아인슈타인은 시간과 공간에 대한 우리의 이해를 뒤엎지 않았습니다. 그는 계속해서 가속도를 포함하여 자신의 이론을 일반화했고 이것이 시간과 공간의 형태를 왜곡한다는 것을 발견했습니다.

위의 예에 충실하려면 우주선이 추진기를 발사하여 속도를 높이는 것을 상상해 보십시오. 탑승한 사람들은 마치 지구에 있는 것처럼 땅에 달라붙을 것입니다. 아인슈타인은 우리가 중력이라고 부르는 힘은 가속하는 배에 있는 힘과 구별할 수 없다고 주장했습니다. [ 아인슈타인 퀴즈: 유명한 천재에 대한 지식 테스트 ]

이것은 그 자체로는 그리 혁명적이지 않았지만, 아인슈타인이 복잡한 수학을 풀었을 때(그는 10년이 걸렸습니다), 그는 공간과 시간이 거대한 물체 근처에서 구부러지고 이 곡률이 우리가 중력의 힘으로 경험하는 것임을 발견했습니다.

일반상대성이론의 휘어진 기하학을 상상하기는 어렵지만 시공간을 일종의 직물로 생각하면 거대한 물체가 주변 직물을 잡아 당겨 근처를 지나가는 모든 것이 더 이상 직선을 따르지 않게 된다.

일반 상대성 이론은 많은 현상을 예측하며 그 중 다수는 다음과 같이 확인되었습니다.

• 무거운 물체 주변의 빛 휘어짐 (중력 렌즈 효과)
• 수성 궤도의 느린 진화(근일점 세차)
• 회 전체 주위의 시공간의 프레임 드래깅
• 중력의 당김을 벗어나는 빛의 약화( 중력적 적색편이 )
• 우주 충돌로 인한 중력파 (시공간 구조의 잔물결)
• 빛을 포함한 모든 것을 가두는 블랙홀 의 존재

블랙홀 주변의 시공간 뒤틀림은 그 어느 곳보다 강렬하다. 우주를 여행하는 쌍둥이가 블랙홀에 빠지면 그녀는 스파게티처럼 늘어질 것입니다. 운 좋게도 그녀에게는 몇 초 안에 모든 것이 끝날 것입니다. 그러나 지구에 있는 그녀의 여동생은 우주의 나이에 걸쳐 점점 블랙홀을 향해 조금씩 나아가는 그녀의 불쌍한 여동생을 지켜보면서 결코 끝나지 않을 것입니다.