[자연과학] 물리 - 아인슈타인의 특수상대성이론에 관해

물리 - 아인슈타인의 특수상대성이론에 관해 물리학에서 서로 다른 운동 상태에 있는 관측자들 사이에 물리 법칙과 측정이 어떻게 변하는가를 루는 문제를 ‘상대성’이라고 한다. 상대성이론에 관하여 아인슈타인은 다음과 같이 기술한다. “상대성 이론은 필요성으로부터, 오래된 이론에 존재하는 탈출구가 없는 심각하고도 심오한 모순으로부터 비롯되었다. 이 새로운 이론의 강점은 단지 몇 개의 매우 설득력 있는 가정들만을 사용하여 이 모든 어려움들을 풀 수 있는 일관성과 단순성에 있다.” 19세기 말부터 20세기 초 무렵에 빛의 본성과 전자기학과 관련하여 당시의 물리학으로는 설명하기 어려운 현상들이 관찰되었다. 아인슈타인은 뉴턴역학과 빛의 전자기이론과의 모순을 해결하기 위하여 시공간의 사고방식에 새로운 개념을 도입하였고, 그것이 특수상대성이론이다. 1905년 발표된 특수상대성이론(special theory of relativity)은 광속도 불변의 원리를 바탕으로 상대방에 대해 등속도로 움직이는 두 기준틀에서 고전 전자기법칙이 불변으로 유지되는 새로운 시공 개념을 제시한다. 다시 말해 모든 좌표계에서 빛의 속도가 일정하고 모든 자연법칙이 똑같다면, 시간과 물체의 운동은 관찰자에 따라 상대적이다. 또한 광속도불변에 대한 가정을 통해 고전역학에만 적용되었던 뉴턴의 상대성원리를 널리 일반화하였으며, 에테르의 존재를 본질적으로 부정하였다. 모든 관찰자에게 동일한 보편적이고 절대적인 시간이 존재한다는 뉴턴역학과는 달리 특수상대성이론에서의 시간 간격의 측정은 그 측정을 행하는 기준틀에 따라 다를 수 있다고 한다. 다시 말해 어떤 기준틀에서 동시에 일어난 사건이 이 기준틀에 대해 움직이는 다른 기준틀에서는 동시가 아닐 수 있다. 이렇게 동시성은 절대적 개념이 아니며 관찰자의 운동 상태에 따라 다르다. 그리고 움직이는 기준틀의 시계는 고유시간(proper time)보다 천천히 간다. 이 효과를 시간지연(time dilati…
그리고 움직이는 기준틀의…