일반 상대성이론이 과학적으로 무슨 내용인가요?

Question

안녕하세요.일반 상대성이론이 과학적으로 어떤걸 설명하는 이론인가요?그리고 일반 상대성이론을 잘 설명해주는 사례는 어떤게 있나요?

xcute4 · Accepted Answer

안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.일반상대성이론은 그 유명한 장방정식(Field-Equation)으로 설명되는데, 특수상대성이론의 방정식인 로렌츠변환식이나 e=mc^2에 비해 월등히 어렵고 난해합니다. 좌변은 질량(에너지), 우변은 휘어진 시공간이 기하학으로 표현되어 있는데 "질량은 시공간을 휘게 하는 에너지로 작용하고 중력은 기하학이다." 라고 표현됩니다. 실례로 에베레스트 정상과 지상의 시간차- 지구의 중심에서 멀어질수록 지구의 중력은 약해지고  중력이 약할수록 시간은 빨리 가므로  해발 고도 8848m인 에베레스트산 정상에 놓인 시계는 해발 0m에 놓인 시계에 비해 100년당 300 분의 1초 정도 빨리 갑니다.​

작은말벌290 · Answer

안녕하세요. 형성민 과학전문가입니다.일반 상대성이론은 중력을 공간과 시간의 곡률로 이해합니다. 질량체는 공간과 시간 자체에 영향을 주어 그 주변을 곡률짓게 되고, 다른 물체는 이 곡률된 공간에서 움직이게 됩니다. 이는 우리가 중력을 경험하는 현상을 설명합니다. 일반 상대성이론은 우주의 구조와 우주 물체 간의 상호작용을 곡선으로 설명하여 우주의 동작을 예측하는데 사용됩니다.

느긋한칼새269 · Answer

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 일반 상대성 이론은 알버트 아인슈타인에 의해 개발된 물리학의 이론입니다. 이 이론은 시공간의 구조와 중력을 설명하며, 물체의 운동, 질량, 에너지, 중력 등의 개념을 포함하고 있습니다.

개구리1 · Answer

안녕하세요. 아하(Aha) 과학분야 답변자 배병제입니다.일반 상대성 이론은 중력을 시공간의 휘어짐으로 설명하는 이론입니다. 빛은 시공간을 가로질러 이동하므로, 중력이 강한 곳에서는 빛이 휘어집니다. 중력이 강한 블랙홀 주위로 휘어진 빛을 관찰하는 등의 사례가 있겠습니다.저의 답변이 도움이 되셨길 바랍니다.

굉장한호돌이84 · Answer

안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.일반상대성이론은 특수상대성이론과다르게, 일반적으로 또는 보편적으로적용되는 이론입니다. 즉, 질량과에너지의 전환, 빛의속도와 물질최고속도의 한계, 시공간과 중력왜곡 등의 내용을다루고있습니다.

화목한다람쥐109 · Answer

안녕하세요. 김태경 과학전문가입니다.일반상대론에서 시공간의 수학적 구조는 특별한 종류의 준 리만 다양체이며 국소적(locally)으로 민코프스키 공간이다. 시공간의 휘어짐은 수학적으로 준 리만 다양체의 곡률에 해당한다(더 정확히는 준 리만 다양체 중에서도 특수한 로런츠 다양체의 곡률). 즉, 일반상대론은 1850년대에 만들어진 수학인 리만 기하학으로 기술된다

럭스마가린 · Answer

안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.​상대성이론은 물리 법칙이 서로 다른 관찰자에게 다르게 보일 수 있다는 것을 보여주며, 시간과 공간의 관점을 바꿀 수 있다는 것을 보여줍니다. 이론은 매우 복잡하지만, 이러한 개념은 초등학생도 이해할 수 있을 것입니다.특수 상대성이론의 시간 지연으로 설명하면 지구에서 볼때는 우주선 시간이 느리게 가고 우주선에서 보면 지구 시간이 느리게 하는데 만일 둘이 만나면 누가 젊을까라는 문제를 옛날에 쌍둥이 역설이라고 부르고 그 역설은 일반 상대성이론으로 해결된다고 설명하는 경우가 많았답니다.​그런데 일반 상대성이론은 큰 중력장 아래 있거나 또는 큰 가속도 운동을 겪으면 일어나는 현상입니다. 그래서 우주선으로 질량이 큰 별에 여행갔지만 바로 돌아왔다고 하면 일반 상대성이론 효과는 별로 크게 나오지 않게 됩니다. 그렇지만 우주선이 매우 빨리 움직이면 우주선 여행을 하고 돌아온 사람이 훨씬 젊어 있지요. 이것은 특수 상대성이론 효과입니다. 특수 상대성이론으로 이것을 설명하는데 쌍둥이 역설이 필요가 없답니다. 처음 특수 상대성이론을 잘 모를 때 상대방 시계가 느리게 간다는 식으로 설명을 해서 지구에서 우주선을 보거나 우주선에서 지구를 보거나 상대방 시계가 느리게 가서 쌍둥이 역설이라고 했지만 나이가 얼마일지는 지구나 우주선이나 자기 시계로 측정한 시간으로 결정됩니다. 우주선을 타고 빠른 속도로 여행하면 지구와 별사이 거리가 작아서 우주선 시계로는 시간이 얼마 걸리지 않지만 지구를 떠나 우주선이 돌아올 때까지 지구 시계는 시간이 많이 흐릅니다. 그래서 특수 상대성 이론에서도 이게 제대로 설명하면 원래가 역설이 아니었답니다.상대성이론의 시간 팽창에는 특수 상대성이론 원리로 설명되는 시간 팽창과 일반 상대성이론 원리로 설명되는 시간 팽창 두 가지 종류의 시간팽창이 있어요. 이 두 가지는 조건이 맞으면 함께 일어나기도 합니다우주여행을 한 사람이 늙어버리는 것은 쌍둥이 역설과 관련 있습니다.이는 특수상대성 이론으로 설명하려고 하면 모순이 발생해서, 일반상대성이론을 사용해야 완벽하게 설명 가능합니다.​양자역학과 상대성이론은 서로 다른 두 분야이며, 각각의 이론이 다른 물리적 현상을 설명합니다. 그러나 양자역학과 상대성 이론은 둘 다 고전물리학의 한계를 극복하고, 현대 물리학의 발전에 큰 역할을 했습니다. 또한 양자역학을 포함한 현대 물리학은 상대성이론과 양자역학을 모두 필요로 하므로, 두 이론은 현대 물리학에서 상호보완적으로 사용됩니다.

머쓱한바위새27 · Answer

안녕하세요. 이정수 과학전문가입니다.일반 상대성 이론은 특수 상대성 이론에 중력을 포함시킨 이론이라고 보시면 됩니다. 간단히 말하자면 중력에 따른 시간이 바뀌면서 상대적인 시간이 다르게 흘러가신다고 보면 됩니다. 간단히 비유를 하자면 우주에서 일직선으로 가고있는 우주선이 있다면, 중력이 큰 행성을 지나는 다른 우주선은 행성의 중력에 의해 휘어진 공간을 이동하므로 상대적으로 동일한 거리더라고 휘어진 거리(곡선)를 이동해야하므로 동일한 지점에 도착하는데 더 많은 시간이 걸린다고 보시면 됩니다.