아인슈타인의 상대성이론 요약 정리

물리학에서 상대성 이론은 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론의 조합입니다. 전자는 광속에 가까운 매우 빠른 속도로 움직이는 물체의 운동학적 내용을 담고 있고, 후자는 매우 무거운 물체가 주위에 가하는 힘을 다루는 역학의 장이다. 상대성 이론은 알버트 아인슈타인에 의해 제안되고 개발되었습니다. 특수 상대성 이론은 1905년 '움직이는 물체의 전기역학에 관하여'와 '물체의 관성은 에너지와 관련이 있습니까?'라는 논문으로 발표되었습니다. 상대성 이론의 요점은 시간, 공간, 물질 및 에너지의 통합입니다. 이전의 물리학은 보통 뉴턴 역학이나 고전 물리학이라고 부르지만, 시간과 공간은 별개이며, 모든 관찰자에게 동등하게 적용되는 절대적인 시간과 공간의 기준이 있다고 생각했습니다. 결과를 함축적으로 포함하는 현상은 시간 지연과 길이 수축입니다. 물질과 에너지가 서로 전환될 수 있다는 공식이 유명합니다. 그리고 빛은 정지질량은 0이지만 에너지가 있기 때문에 무거운 물체도 빛을 끌어당기는데, 블랙홀이라는 용어는 중력이 너무 커서 빛도 빠져나갈 수 없는 물체라는 의미에서 파생되었습니다. 일반 상대성 이론은 1915년 프로이센 과학 아카데미에서 중력장 방정식의 발표를 기반으로 합니다. 상대성 이론의 요점은 시간, 공간, 물질 및 에너지의 통합입니다. 물질은 공간에서 시간에 따라 움직일 수 있지만 시간과 공간은 절대적으로 일종의 무대로 주어지며, 물질은 시간의 흐름과 공간의 구조에 영향을 줄 수 없다고 생각했다. 물질의 운동은 에너지를 변화시키므로 에너지는 특정 물체의 중요한 속성이지만 분명히 별개의 개념입니다. 이전의 물리학은 보통 뉴턴 역학이나 고전 물리학이라고 부르지만, 시간과 공간은 별개이며, 모든 관찰자에게 동등하게 적용되는 절대적인 시간과 공간의 기준이 있다고 생각했습니다. 물질은 공간에서 시간에 따라 움직일 수 있지만 시간과 공간은 절대적으로 일종의 무대로 주어지며, 물질은 시간의 흐름과 공간의 구조에 영향을 줄 수 없다고 생각했다. 물질의 운동은 에너지를 변화시키므로 에너지는 특정 물체의 중요한 속성이지만 분명히 별개의 개념입니다. 상대성 이론에서는 시간과 공간을 통합하여 시공이라고 부르며, 관찰자의 움직임에 따라 시간의 흐름과 공간적 측정이 달라질 수 있다. 결과를 함축적으로 포함하는 현상은 시간 지연과 길이 수축입니다. 물질과 에너지가 서로 전환될 수 있다는 공식이 유명합니다. 그리고 빛은 정지질량은 0이지만 에너지가 있기 때문에 무거운 물체도 빛을 끌어당기는데, 블랙홀이라는 용어는 중력이 너무 커서 빛도 빠져나갈 수 없는 물체라는 의미에서 파생되었습니다.

특수 상대성 이론의 기초가 되는 두 가지 가정이 있습니다. 하나는 동일한 물리학 법칙이 서로에 대해 등속으로 움직이는 두 관찰자에게 적용된다는 것이고, 다른 하나는 빛의 속도는 모든 관찰자에게 완벽하게 동일하다는 것입니다. 첫 번째 원리는 특수상대성이론이라는 이름의 유래라고 할 수 있는 상대성 원리입니다. 두 번째 원리는 Michelson-Morley 실험으로 확인된 빛의 속도 불변 원리입니다. 고전 역학, 즉 뉴턴 역학의 영역에서 이 두 가정은 서로 모순됩니다. 이는 고전역학에서 시간과 공간은 완전히 독립적이고 절대적이므로 운동에 관계없이 동일한 좌표계를 갖기 때문입니다. 위의 두 가지 가정이 모두 사실이라면 시간과 공간이 절대적이고 독립적이지 않을 수밖에 없습니다. 두 관찰자의 시간 및 공간 좌표는 로렌츠 변환으로 연결됩니다. 두 사건 사이의 시간 간격은 관찰자에 따라 다르기 때문에 시간 지연 현상이 발생합니다. 공간의 경우에도 마찬가지이므로 길이 수축이 발생하며, 빠르게 움직이는 물체의 경우 운동 방향에 대한 간격이 감소하는 것으로 관찰됩니다. 빛의 속도는 물체가 가질 수 있는 최대 속도값으로 작용하기 때문에 물체의 속도가 증가할수록 같은 힘을 가해도 가속하기 어려워진다. 참고로 두 관찰자의 상대 운동 관찰 결과에 대한 이러한 고전역학 가정을 갈릴레이 상대성 이론이라고 합니다.

 

일반 상대성 이론은 뉴턴의 중력 이론을 대체하는 아인슈타인의 중력 이론입니다. 일반 상대성 이론의 기초가 되는 핵심 원리는 등가의 원리입니다. 이것은 가속된 운동과 중력을 받는 것은 구별할 수 없다는 주장입니다. 외부 영향으로 운동이 가속되는 경우에는 적용할 수 없으며 보다 일반적인 물리 법칙이 필요합니다.  특수상대성이론에서 뉴턴의 이론이 기초가 되는 운동학의 기본가정은 폐기되었기 때문에 뉴턴의 중력이론이 특수상대성이론과 조화를 이루지 못하는 것은 당연하다. 특수상대성이론이 발표된 지 10년 후인 1915년에 발표됐다. 엄밀히 말하면 특수 상대성 이론은 두 관찰자가 서로 일정한 속도로 움직일 때만 적용됩니다. 일상생활에서 자동차가 출발하거나 엘리베이터가 움직이기 시작할 때 느낄 수 있듯이, 움직임이 바뀔 때 우리는 외력을 받는 것 같은 느낌을 받습니다. 뉴턴 역학에서는 이것을 관성력이라고 하며, 이는 비관성계에 있기 때문에 작용하며 실체가 없는 일종의 가짜 힘으로 취급됩니다. 등가 원리에 대해 생각하는 중요한 점은 자유 낙하하는 물체는 힘을 느끼지 않는다는 것입니다. 고전역학에서는 중력과 비관성력의 영향이 정확히 상쇄되지만, 일반 상대성 이론에서는 곡선 공간의 물체가 시공간의 최단 경로, 즉 측지선을 따라 움직이는 것으로 이해된다. 일반 상대성 이론의 예측이 여러 예에서 실험과 정확히 일치함을 확인했습니다. 보다 구체적으로, 아인슈타인의 장 방정식은 물질의 에너지와 운동량이 시공간의 측정의 텐서를 어떻게 결정하는지 알려줍니다. 첫째, 아인슈타인 자신이 일반 상대성 이론을 사용하여 수성의 근일점 운동 문제를 해결했습니다. 원래 뉴턴 역학에서 중력은 거리의 제곱에 정확히 반비례합니다. 이 경우 행성의 궤도는 정확히 타원형이고 시간이 지나도 궤도는 변하지 않습니다. 그러나 실제로는 수성의 궤도가 타원형이지만 수년에 따라 방향이 바뀌었습니다. 즉, 태양에 가장 가까운 점인 근일점의 위치가 변경되었습니다. 이것을 설명하는 한 가지 방법은 수성과 금성 사이에 수성의 궤도에 영향을 미치는 다른 행성이 있다고 가정하는 것입니다. 그러나 그러한 영향을 미칠 수 있는 행성은 발견되지 않았습니다. 이것은 아인슈타인이 이 발견 이후 며칠 동안 흥분 상태에 있었다고 말할 정도로 매혹적인 결과였습니다. 아인슈타인의 일반 상대성 방정식의 해를 보면 중력은 거리의 제곱에 정확히 반비례하지 않습니다. 아인슈타인이 궤도의 변화에 ​​대한 차이의 영향을 계산했을 때, 그는 관찰된 수성의 근일점을 잘 설명할 수 있었습니다. 대중에게 가장 큰 영향을 미친 것은 아마도 1919년에 이루어진 관측에서 빛이 중력에 의해 휘어진다는 사실을 확인했을 것입니다. 이 결과는 당시에 놀라운 소식으로 여겨져 일간 신문에 실렸고 아인슈타인은 세계적으로 유명한 유명인사가 되었습니다. 영국의 천문학자 A. S. 에딩턴(1882-1944)은 개기일식 동안 별의 위치를 ​​관찰하기 위해 1919년 브라질에 가서 일반 상대성 이론에서 예측한 대로 별의 궤도가 빛을 휘게 한다고 발표했습니다