두 물체의 충돌에 잇어서 뉴턴과 아인슈타인의 주장 중 어느것이 맞는지 궁금해여?

Question

뉴턴은 만유인력을 애기해서 모든 물체는 끌어당기는 힘이잇다고 햇엇던거 같구여.

아인슈타인은 ㄴ중력에 의해 공간이 휘어 물체가 이동한다고 햇던거 가튼데여.

두 물체가 부딧하는 것에 잇어서 만약 아인슈타인의 말처럼 물체의 중력에 의해서 공간이 휘어 두 물체가 부딪힌 거라며는, 뉴턴의 만유인력을 틀린것이 되는 것인지 궁금해여?

Answer 1

안녕하세요.

뉴턴과 아인슈타인의 두 이론은 하나가 맞고 다른 한쪽이 틀리다기 보다는 적용 범위가 다른 이론이라고 보시면 됩니다. 즉, 일상적인 충돌 현상에서는 뉴턴 역학이 거의 완벽하게 맞지만 아주 강한 중력이 작용한다거나 매우 빠른 속도의 극한 조건(에서는 일반 상대성이론이 더 정확한 설명을 제시할 수 있습니다.

충돌은 두 단계로 나눌 수 있는데요, 첫번째는 중력으로 인해 두 물체가 서로 가까워지는 과정이고 두번째는 실제로 접촉하여 힘이 작용하는 과정입니다. 뉴턴의 관점에서는 두 물체는 만유인력에 의해 서로를 끌어당기며 점점 가까워지고, 결국 충돌하게 되며, 이때 중력은 거리의 제곱에 반비례하는 힘이라고 설명합니다. 이 설명은 행성 운동부터 일상적인 물체 운동까지 매우 정확하게 적용됩니다. 반면 아인슈타인의 관점에서는 중력을 힘으로 보는 것이 아니라 질량이 시공간을 휘게 만들고, 물체는 그 휘어진 경로를 따라 움직인다고 설명합니다. 즉, 두 물체가 가까워지는 것은 서로가 만든 시공간의 곡률을 따라 자연스럽게 이동한 결과라는 것입니다. 실제로 두 물체가 접촉하는 순간에는 중력보다 훨씬 강한 전자기적 반발력이 작용하는데요, 따라서 이 부분은 뉴턴 이론이 아니라 현대 물리의 영역이라고 볼 수 있습니다.

그렇다고 해서 아인슈타인이 맞다면 뉴턴은 틀린 것인가?라고 생각할 수 있으나 이는 맞지 않습니다. 일반 상대성이론을 수학적으로 풀었을 때 중력이 약하고 속도가 빛보다 훨씬 느린 조건에서는 뉴턴의 만유인력 공식이 자연스럽게 근사값으로 나오게 되므로 뉴턴 이론은 더 단순한 조건에서의 근사적 설명이라고 볼 수 있습니다. 즉 사과가 떨어진다거나 자동차간의 충돌, 공이 날아가다 부딪히는 상황에서는 뉴턴 역학으로 계산했을 때 오차가 거의 없으며 복잡한 상대성이론을 적용할 필요가 없습니다. 다만 블랙홀, 매우 강력한 중력장, 빛에 가까운 속도와 같은 상호아에서는 일반상대성 이론의 적용이 필요합니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 박재민 수의사입니다.

두 이론은 서로 틀린 것이라기보다 적용 범위가 다른 설명인데요

뉴턴은 물체 사이에 힘이 작용해 서로 끌어당긴다고 설명했고 일상적인 상황에서는 이 설명이 매우 잘 맞습니다

아인슈타인은 중력을 힘이 아니라 공간의 휘어짐으로 설명하며 더 근본적인 관점을 제시했죠

두 물체가 충돌하는 과정에서도 일반적인 속도와 크기에서는 뉴턴 방식으로 충분히 정확하게 설명이 가능합니다

하지만 매우 큰 질량이나 빛에 가까운 속도 같은 극한 조건에서는 아인슈타인 이론이 더 정확합니다

즉 뉴턴 이론이 틀렸다기보다는 단순화된 근사 모델로 이해하는 것이 맞습니다

일상에서는 뉴턴 극한 상황에서는 아인슈타인으로 나누어 생각하면 이해하기 쉽습니다

Answer 3

뉴턴의 역학은 일상적인 속도와 중력 조건에서 매우 정확한 근사치를 제공하는 반면 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 더 근본적인 우주의 물리 법칙을 설명하는 것으로 이해해야 합니다. 뉴턴은 중력을 질량을 가진 물체 사이에 작용하는 원격 힘으로 정의했으나 아인슈타인은 질량이 시공간을 왜곡하고 물체는 그 휘어진 경로를 따라 이동하는 것이라고 설명하여 중력의 본질을 기하학적으로 재해석했습니다. 두 물체의 충돌 현상에서 뉴턴의 계산 방식은 실용적인 범위 내에서 여전히 유효하지만 빛의 굴절이나 수성의 세차 운동처럼 아주 강한 중력장이나 정밀한 물리 현상을 다룰 때는 아인슈타인의 이론만이 실제 관측 결과와 일치합니다. 따라서 뉴턴의 만유인력이 완전히 틀린 것이라기보다는 특정한 물리적 상황에서만 성립하는 일반 상대성 이론의 특수한 하위 사례라고 보는 것이 과학적으로 타당합니다.