상대성 이론 그 원리와 범위

상대성 이론

상대성 이론 한 가지 결론은 각각 운동의 속도에 따라 상대적으로 시간과 공간을 느낀다는 것이다. 따라서 어떤 속도로 이동하든지 간에 시간은 항상 자신의 경험을 위해 정상적인 속도로 지나간다.

따라서 운동을 빨리 하면 오래 살 수도 없고 아무것도 할 수 없다. 더 먼 날짜까지 사는 것은 가능하다.

 

비슷하게 들리지만 확실히 다르다. 좀 더 구체적으로 말하면, 타임머신을 태우는 효과가 극에 달한다는 점에서 주변 사람보다 젊을 수 있고 외부 시간 기준으로 더 오래 살 수 있다.

 

그러나 사람의 수명은 같은 것으로, 자기 이외의 사람이 빨리 늙거나 세상이 빨리 바뀐다는 뜻이다.

참고로 시간 지연은 단순히 운동계의 시간이 더디게 간다는 것을 의미한다. 따라서 그 의미는 따르는 쌍둥이의 역설과는 전혀 다르다. 쌍둥이의 역설은 단순히 쌍둥이 중 한 명이 늙는다는 것이 아니다.

큰 질량 물체는 중력이 크고 주변 공간이 휘어진다. 이것을 이해하는 쉬운 방법은 선로를 따라 달리는 열차를 생각하는 것이다. 기차 자체가 그냥 직진하고 있다.

 

선로를 따라 직진만 해도 선로가 휘어지면 결국 철도의 꼬불꼬불한 길을 따라 이동하기 때문에 멀리서 보면 기차 자체가 핸들을 움직이는 것처럼 보인다. 마찬가지로 빛 자체는 직진만 할 뿐, 그 빛이 이동하는 공간이 휘어지면 그 공간을 따라 움직이는 빛은 멀리서 보면 휘어지는 것 같다.

 

상대성 이론 이러한 주장을 한 후, 후에 빛이 중력 물체 옆에서 구부러진다는 것이 증명되었다. 실제로 지구 주위를 공전하는 달과 위성은 빛만큼 멀리 갈 필요 없이 지구 주위의 곡선을 따라 계속 직진한다.

 

지구의 거대한 질량은 이미 달을 지구 주위의 곡선을 따라 빙글빙글 돌게 하고 있다. 태양 주위를 돌고 있는 지구는 태양에 의해 구부러진 공간을 통해 움직이고 있다.

 

빛은 너무 빨라서 이 벤딩은 쉽게 측정되지 않는다. 블랙홀 주위에서는 빛이 실제로 빛의 속도로 블랙홀 주위를 공전한다. 위성처럼. 중력은 이 공간의 굴곡을 다른 단어로 바꾸는 것이다. 우리는 지구 주위의 공간이 구부러져 있기 때문에 지구의 표면에 붙어 있다.

특수상대성이론에 이어 아인슈타인은 '관성 프레임뿐만 아니라 모든 가속 프레임에서도 성립' 이론을 확립하려 했다. 일반 상대성 이론의 기본 원리인 동등성 원리를 바탕으로 중력장을 기하학의 관점에서 재해석한다.

아서 스탠리 에딩턴은 일반 상대성 이론의 영향으로 빛이 굴절되는 것을 보여주기 위해 개기 일식을 관찰하고 촬영했다. 1919년 5월 29일에 열렸다.

일식을 관찰하기 위해 섬에 가서 밤에 같은 장소에서 사진을 찍고 다음날 일식이 일어나면 사진을 찍었다.

두 사진에서 별의 위치가 태양을 중심으로 다를 경우 빛이 중력에 의해 휘어진다는 상대성 이론이 증명되고, 당시 악천후로 실험은 거의 실패했지만, 한 장의 사진만 안전하게 촬영해 실험에 성공했다.

중력파란 중력이 변화함에 따라 발생하는 파형의 형태의 시간공간 변동을 말한다.

방정식에서 파생된 현상 중 하나는 이론이 발표될 때부터 예견된 것이지만, 그것을 관찰하기에는 너무 어렵다고 여겨졌다.

사실, 보통의 천체에서 나오는 중력파는 매우 매우 약하다. 수많은 물리학자들이 관찰에 도전했지만 중성자 간의 상호작용을 포함해 100년 이상 간접 발견에 머물러 있었다.

그러나 2016년 2월 11일 오전 10시 30분에 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)의 연구진이 중력파를 직접 검출하는 데 성공했다고 발표했다.

 

상대성 이론 이것은 100년 전에 주장한 이론이 사실로 밝혀졌다.
GPS 항목에서 언급했듯이 일반 상대성 이론에 따라 GPS를 구성하는 위성은 위성의 생명과 직결되는 일반 상대성 이론에 따라 시간 오류가 없도록 추력기로 고도를 조절한다.

 

따라서 인공위성이 회전하면서 고도를 바꾼다는 것은 시간이 지나는 속도가 달라지는 것을 의미하는데, 이는 경험적으로 시험해 본 적이 없다.

 

그러나 유럽판 GPS를 구성하는 갈릴레오 프로젝트를 구성하는 두 개의 위성이 발사되지 않자 하나는 대기권에 재진입했지만 하나는 최고점과 최저점 사이의 9,000km의 타원 궤도를 선회했고, 나는 후자의 위성에 탑재된 시계를 읽으면서 그 궤도를 관찰할 수 있었다.

 

시간의 경과가 다르고 일반 상대성 이론을 재평가한다. 무려 9,000km나 되는 높은 거리를 내기 어려운 지구에서 관측할 수 있는 가장 정밀한 일반 상대성 이론이다.

블랙홀은 일반 상대성이 예측하는 가장 극단적인 물체 중 하나이다. 그러나 기본적으로 빛조차 빠져나갈 수 없어 직접적인 관찰은 거의 불가능했고, 다만 간접적으로만 존재를 알 수 있었다.

그러나 2019년 4월 10일 이벤트지평선망원경팀은 블랙홀의 실제 영상을 공개하고, 그 결과가 일반 상대성 이론과 잘 부합한다는 점을 들어 일반 반론의 강건함을 다시 한 번 입증했다.

특수상대성이론은 아인슈타인의 두통을 유발한 몇 가지 문제를 가지고 있었다.
아인슈타인은 그의 특수상대성 논문에서 운동학 및 운동학 부분을 설명했다.

 

상대성 이론 즉, 먼저 시계가 서로 일정한 속도 운동자(룰러)로 어떻게 변환되는가의 법칙을 다루었고, 이를 바탕으로 맥스웰의 전자기학을 다루었다.

그러나 자와 시계는 또한 그것을 구성하는 원자들이 서로 전자기력의 교환에 의해 결합되는 물질계였기 때문에, 물리학의 법칙을 기술하는 것은 그 물리적 행동을 미리 가정하여 결함이 있는 설명이었다. 아인슈타인이 그의 특별한 상대성 이론을 발표한 후, 그는 그 문제를 분명하게 인식했다.

태양계 자체의 운동, 지구의 회전, 회전의 회전을 볼 때 인간이 경험하고 있는 자연은 관성계의 기술이 아니다. 그럼에도 불구하고 인간은 물리학을 확립하고 법칙을 알아낼 수 있었다.

상대성 이론 이러한 경험적 고려 외에도, 자연이 특정한 관찰을 선호하거나 볼 만한 타당한 이유는 없다. 따라서 물리학 법칙은 가속도 관측에서 동일하게 설명되어야 한다.

그러나 위의 "조 및 시계 문제"와 연계하여 생각해 보면, 일이 매우 복잡해진다. 가속하는 사람의 원자배열이 얼마나 다를 것이며, 힘을 받지 않는 사람(특히 전자기력)의 원자배열과 얼마나 다른지를 기술하기는 쉽지 않다.

 

왜냐하면 외측 자를 형성하는 원자의 전자기장의 크기가 다르기 때문이다(반면 모든 관성계가 0이라고 가정한다). 즉 가속인의 거시적 행동은 단순히 좌표 변환 규칙으로 표현할 수 없고 운동학의 법칙을 표현하는 미분 방정식을 풀어서 연도를 살려야 하는 문제다.

상대성 이론 따라서 가속도계를 포착하기 위해서는 '눈금자와 시계가 측정한 좌표'를 포기하고 수학적으로 추상적인 좌표(그리고 문제 1번도 자연스럽게 해결된다)를 도입해야 한다.

 

이 수학적으로 추상적인 좌표는 물리적인 의미가 전혀 없으므로, 이러한 좌표의 의미에서는 모든 물리 법칙이 수학적으로 가능한 모든 좌표계에서 동등하게 기술되어야 한다. 어렵게 말하면, 물리 법칙은 일반적인 조정 공변량을 가져야 한다.

아인슈타인은 당시의 저명한 수학자 앙리 푸앵카레가 지적한 대로 공간적으로 떨어진 두 사건 사이의 시간적 순서는 물리적인 본질적인 의미가 없다는 것을 이해했다.

 

특수상대성이론에서는 공간적으로 분리되다가 서로 부딪혀 멈추는 시계 사이의 빛 신호를 바탕으로 한 '동시' 관행이 있었다. 아인슈타인은 빛에 근거한 동시적 합의에는 타당한 이유가 없다는 것을 알고 동시성의 개념을 완전히 없애려고 노력했다.

 

따라서 뉴턴의 중력의 즉각적인 전파는 그의 이론에서는 받아들일 수 없었다. 즉 중력도 전자기장처럼 시공간적으로 분산된 장으로 표현해야 했다.

쉬운 일은 없고 전혀 다른 것 같은 문제는 없는 것 같다. 그러나 아인슈타인은 그 문제를 완전히 해결했다.

 

위의 문제들과 함께 언급된 아인슈타인의 물리학 리뷰에 따르면, '일반 조정 공변량'은 리먼 지오메트리의 수학적 도구에 의해 실현된 이론이 따라야 할 원리에 의해 강요되었다.

기하학을 이해하기 위해서는 기하학에 대한 근본적인 생각, 미적분학, 자기성찰이 이루어져야 한다.

 

상대성 이론 그러나 좌표 변환을 공통 좌표 변환으로 확장하고 그에 따라 미적분 및 내부를 수정하는 것은 그 형태가 실제로 리만 기하학, 특히 리만 기하학에서 연구한 것과 유사하다는 것을 보여준다. 굴곡진 시공간이 소개되는 곳이다.

한편, 등가 원리의 요지는 중력과 가속도를 구분할 수 없다는 것이다. 좀 더 구체적으로 말하면 자유낙하 관측자의 좌표계는 관성좌표계와 동일하다.

 

예를 들어 자유낙하 엘리베이터를 탄 사람은 자신이 추락하고 있는지 우주에 떠 있는지 알 수 없다. 바닥으로 떨어질 때까지 조력력을 포함한 여러 가지 문제가 있는데, 이는 이러한 등가 원리가 각 지점의 매우 좁은 영역에 대략적으로 확립되어 있는 것으로 설명할 수 있다.

 

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아인슈타인의 상대성이론이란