이야기로 만나는 과학 (2)

아인슈타인의 상대성 이론

· 특수 상대성 이론 (1905년)

시간과 공간은 절대적인 것이 아니며, 속도에 따라 상대적이라는 것이다.

 

 

특수 상대성 이론의 가정은 아인슈타인이 2가지 가정을 하는데 그것은 다음과 같다.

 

· 상대성 원리: 모든 관성 좌표계에서 물리 법칙은 동일하게 적용된다.

· 광속 불변의 법칙: 모든 관성 좌표계에서 진공 중에서 진행하는 빛의 속도는 관찰자나 광원의 속도에 관계없이 일정하다.

 

 

따라서 특수 상대성 이론의 결론은 다음과 같이 대략 요약할 수 있다.

 

 1. 관측자에 대해 빠른 속도로 운동하는 물체는 시간이 느려진다(시간 지연).

 2. 관측자에 대해 빠른 속도로 운동하는 물체는 고전적 운동량보다 더 큰 값을 가진다.

 3. 관측자에 대해 빠른 속도로 운동하는 물체는 길이가 짧아진다.

 4. 질량이 에너지로, 혹은 에너지가 질량으로 바뀔 수 있다.(E=mc^2)

 

특수 상대론은 기본적으로 등속계를 다룬다. 절대 가속하는 계를 다루는 상대론이 아니므로, 특수 상대성 이론에 쌍둥이 패러독스를 가져오게 되면 모순이 발생한다.

길이가 짧아진다느니, 시간이 느리게 간다느니 하는 건 순전히 부수적인 결과물에 지나지 않는다.

 

 

· 일반 상대성 이론 (1915년)

특수 상대성 이론은 서로 등속 직선 운동하는 계(system)에만 적용할 수 있다. 더욱 일반적인 상대적 운동을 가진 관측계에서의 기술을 위하여, 중력이라는 개념을 재해석한 것이 일반 상대성 이론이다.

 

1. 중력과 관성력은 본질적으로 같은 힘이다.

2. 중력과 관성력은 기하 구조(metric field)에 의해 매개된다. 다시 말해서, 세상에 기하학적 구조가 있는 이유, 모든 물체가 관성을 가지는 이유 (관성의 법칙), 그리고 모든 물체가 서로 잡아당기는 이유(만유인력의 법칙), 이 세 가지의 현상을 통일한다. 뉴턴 물리학에서 완전히 독립적인 세 가지의 공리로 주어진 것들을 하나의 공리로 묶었다.

3. 물체가 느끼는, 두 시각 사이에 흘러간 시간의 '총량'은 중력장과 물체 사이의 상호작용에 의해 결정되며, 따라서 공간의 각 부분마다 시간은 다르게 흘러간다.

 

 

 

 

마지막으로 젊은 아인슈타인이 특허청에서 일하면서 남긴 대사가 인상적이었다.

현대인들의 '좋아하는 일 vs 잘하는 일'에 대한 고민에 어느 정도 도움이 되지 않나.. 생각해본다.

· 아인슈타인 (Albert Einstein 1879년 ~ 1955년)

"학문을 직업으로 가지면 아무래도 생활을 위한 학문이 되기 때문에 사무적이고 깊이가 없는 학문이 되기 쉽다.

그렇기 때문에 진짜 재능이 있는 학자는 오히려 학문 이외에 다른 직업을 가지는 편이 더 좋다.

직업은 아무거나 좋다.

그 직업으로 생계를 유지하면서 근무 시간 외의 여가 시간에는 자신이 정말 좋아하는 연구를 하게 되면, 세상 사람들의 눈치를 볼 필요도 없을 것이고, 또 자기 마음대로 독창적인 일을 할 수 있게 될 것이기 때문이다."