특수상대성이론, 일반상대서이론

3.1. 특수 상대성 이론

관성좌표계 안에서 모든 물리법칙이 동일하게 나타나지만 빛의 속도는 그렇지 않고 항상 어디서나 일정하다. 빛은 그 속도가 정해저 있다. ( 모든 관성좌표계에서 절대적으로 볼 때 빛을 포함한 모든 물리 법칙이 동일한 현상을 나타낸다고 본다. 따라서  빛도 절대적으로 볼 때는그 속도가 정해저 있다. 그러나 다른 물리 법칙이 상대적으로 볼 때 일정하지 않는 것 같이 그 속도가 정해져 있지 않다고 본다.)[편집]

특수 상대성 이론의 요지는 시간과 공간은 절대적인 것이 아니며, 속도에 따라 상대적이라는 것이다. 

특수 상대성 이론의 가정은 아인슈타인이 마이컬슨ㆍ몰리의 에테르 존재 여부를 알아내기 위한 실험 결과를 가지고 2가지 가정을 하는데 그것은 다음과 같다.

1. 상대성 원리: 모든 관성 좌표계에서 물리 법칙은 동일하게 적용된다. (ex: 등속직선운동하는 버스에서 공을 위로 던져보자. 던진 사람에게는 위로 올라갔다가 아래로 떨어지지만, 버스 밖의 정지한 사람에게는 포물선을 그리는 것처럼 보인다. 하지만 두 공에는 모두 F=ma. 같은 물리 법칙이 동일하게 적용된다.)
2. 광속 불변의 법칙: 모든 관성 좌표계에서 진공중에서 진행하는 빛의 속도는 관찰자나 광원의 속도에 관계없이 일정하다. ( 왜냐 하면 빛의 속도는 초당 3억미터를  넘을 수 없기 때문이란다. 왜 빛은 3억 미터를 넘을 수 없을까?  전자의 속도가 3억 미터이기때문이다? )

$V=V_1+V_2$의 단순한 식이 아닌, $\displaystyle V = \frac{V_1 + V_2}{1 + \frac{V_1V_2}{c^2}}$로 구해야 한다는 것이다.

예로

기차에서 총을 쏘면 총알의 속도는 기차의 속도 + 정지 상태에서 총을 쏠때의 총알의 속도가 된다. 그러나

기차에서 레이저를 쏴도 기차의 속도와는 관계없이 빛의 속도는 정지한 상태에서 쏜것과 같이 일정하다.

특수 상대성 이론의 결론은 다음과 같이 대략 요약할 수 있다.

1. 빨리 달리면 시간이 느려진다(시간 지연).
2. 빨리 달리면 질량이 늘어난다. 다만, 요즘 과학계의 의견을 말하자면 질량은 에너지와 같이 취급하기 때문에 질량의 변화는 딱히 따로 신경쓰지 않는다.
3. 빨리 달리면 길이가 짧아진다.
4. 질량이 에너지로, 혹은 에너지가 질량으로 바뀔 수 있다.($E=mc^2$)

3.2. 일반 상대성 이론

중력과 가속도는 똑 같은 원리이다. 동일 속도의 원운동에도 중력=가속도가 작용하고 있다. 중력이 작용하면 원운동처럼 휜다. 빠른 속도에서는 시간도 상대적으로 느리게 가고, 길이는 짧아진다. (공감이 간다. 중력과 가속도는 같다. 시간, 길이가 절대적으로는 동일하고, 상대적으로는 변할 수 있다고 본다.)[편집]

( 특수 상대성 이론은 등속으로 운동하는 계(system)에만 적용할 수 있다.)

 더 일반적인 적용을 위하여 중력이라는 개념을 재해석한 것이 일반 상대성 이론이다. 일반 상대성 이론의 결론은 다음과 같이 대략 요약할 수 있다.

1. 중력과 가속도는 구별할 수 없는, 본질적으로 같은 것이다.[9]
   비유를 들어 설명하면, 우리가 지금 지구에 서있는것과 무중력 상태에서 $9.8m/s^2$[10]로 윗방향으로 가속되는 엘리베이터에 타고 있는 것은 완전히 같다는 뜻.
2. 강한 중력은 시공간을 휘게 한다.(블랙홀의 경우 시공간에 구멍을 뚫는다고 생각해도 된다.)
3. 정지한 쪽의 시간이 더 길게 간다.

운동 속도에 따라 각자 시간과 공간을 상대적으로 느낀다는 것이 상대성이론의 결론 중 하나이다.

따라서, 어떤 속도로 이동하더라도 자기자신이 체험하기에는 항상 정상적인 속도로 시간이 흐른다. 따라서, 빨리 달리면 오래 산다거나 하는 일은 있을 수 없다. 더 먼 날짜까지 사는 것은 가능하다. 비슷해 보이는 말이지만 분명 다르다. 조금 자세히 말하자면, 극단적으로 타임머신에 타고 있는 효과가 나온다고 치면 본인은 주위 사람들에 비해 젊고, 외부 시간 기준으로(= 달력상의 날짜) 오래 살아있을 순 있다. 하지만 본인의 수명은 동일, 즉 본인 외 사람이 빨리 늙거나 세상이 빨리 변해버리는 효과일 것이다
질량이 큰 물체는 큰 중력이 있고 주변공간은 휘어진다.
빛 스스로는 그냥 직진만 할 뿐이지만, 빛이 이동하는 공간이 휘어져있을 경우 그 공간을 따라 이동하는 빛은 멀리서 보면 빛이 휘어지는것처럼 보인다!
아인슈타인이 이러한 주장을 한 후 나중에 빛이 중력을 가진 물체 옆에서 휘어지는 것이 증명되었다.

hanngill 의 반론: 

나는 아인슈타인의 이론을 전부 다 믿을 수는 없다.

시간과 공간을 어떻게 보느냐에 따라 다르다.

상대성 원리는 우주공간속에서 움직이는 것들에 대한 상호 관계를 말하는 것 같다. 그럴 경우 서로 상대적으로 시간이나 공간의 위상이 다르다는 것이다. 빛도 직진을 하지 못하고 주변의 중력에 따라 휘어지고, 물체도 주변의 중력이나 속도에 따라 그 위상이 변경된다는 것이 상대성 원리이다.

빛은 그 속도가 정해저 있다. 물체의 속도와는 다르다. 물체는 속도와 질량에 따라 변화가 무쌍하지만 빛은 질량이 없고 다만 에너지가 파동으로 전달된다고 한다. 전자, 자기도 똑 같다고 한다.

그런데  이것들이 중력에 의해서 휘어진다고 하는데 말이 안되는 것 같다.  빛이나 전자나 자기나 중량이 없으므로 중력이나 인력이 작용할 수 없다고 보아야 한다. 그렇다면 휘어지지 않고 직진해야 옳다. 휘어진다면 중량이 미세하나마 있다는 것이다.

파동이 주변의 파동에 영향을 받을 수 있을 것이므로 빛이 다른 것에서 나오는 어떤 파동에 영향을 받은 것이 아닐까?

질량이 있는 물체에 빛이 영향을 받아 휘어 진다면 뷫도 질량이 있고 또 파동도 나온다고 보아야 말이 된다.

빛이 진공이나 유리를 뚫고 나가는 것은 파도에너지가 있고 이 에너지는 모든 물질 혹은 메체를 통해 전달된다고 보아야 맞다.

dark matter 라는 것이 이것이 아닐까?

시간과 공간을 다른 물체와 아무 관계 없이 절대적으로 볼 때는 시간은 흐름이요 공간은 우주의 빈 공간을 말 할 것이다.

이런 경우는 아인슈타인의 상대성 원리는 여기에 적용할 수 없다. 시간은 그대로 흐르고 공간도 그대로 있다. 무한 시간과 무한 공간이 있을 뿐이다. 우주가 커진다고 할 때의 우주는 물질이 있는 공간을 한정하여 말하는 것이다.

가장 빠른 것이 빛이고 그 이상의 속도는 있을 수 없다고 아인슈타인은 말한다.

그러나 나는 이 말을 믿지 않는다. 빛의 속도에 가깝게 움직이는 항성에서 발사하는 빛은 그 속도가 상대적으로 볼 때 그만치 빠를 것이다.

우주가 휘어지니 웜홀을 이용해서 아주 먼곳을 바로 갈 수 있다는 말도 엉터리로 본다.

절대적 공간으로 볼때는 그런 말이 성립되지 않는다.

물리 공간이 휘어지고 빛이 휘어진다고 가정하면 멀리 보이는 다른 별에 뒤로 가서 즉 웜홀을 통해서 가서 도달할 수 있다고 할 수 있다. 그러나 이것과 절대적 시간 절대적 공간에서는 말이 성립될 수 없다.

빠른 속도에서는 시간도 상대적으로 느리게 가고, 길이는 짧아진다.  이 말도 상대적으로 볼 때 생각해 볼 수 있을 뿐디.

과연 빛 보다 더 빨리 갈 수 없을까?

그렇다면 이 광대한 우주를 가 볼 수 없을 것이다.

무엇이 우주의 원리를 지배하고 다스릴까?

생각이다. 생각은 빛보다 빠르다.

생각이 가지고 있는 어떤 에너지가 없을까?

hanngill