일반상대성과 특수상대성 이론의 차이가 무엇인가요?
상대성이론은 너무 어려운거 같은데요. 일반상대성과 특수상대성은 어떤 점이 다른지 궁금합니다. 적용되는 대상이 다른건가요?
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
일반상대성이론과 특수상대성이론은 알버트 아인슈타인이 개발한 두 개의 이론입니다. 이 두 이론은 우주와 시간의 동작 방식에 대한 이해를 제공합니다.
특수상대성이론은 상대적인 운동 상태에서의 빛과 시간의 동작을 다루며, 이론적으로는 질량과 중력을 고려하지 않습니다. 따라서 이론은 상대적인 운동 상태에서의 물리 법칙을 설명합니다.
일반상대성이론은 우주에 존재하는 모든 물체의 상호작용에 대한 이론입니다. 질량과 중력을 고려하여, 이론은 우주의 형태와 진화를 설명합니다. 이론적으로는, 고속의 운동과 강한 중력장에서도 적용됩니다.
따라서 특수상대성이론은 비교적 빠르고 간단한 상대적인 운동 상태에서의 물리 법칙을 다루는 반면, 일반상대성이론은 더 복잡하고 광범위한 우주의 형태와 진화를 다루는 더 일반적인 이론입니다.
안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.
20세기 초에는 물리학계에서 두가지 큰 혁명이 있었다. 아인슈타인(Einstein)의 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론, 하이젠베르크(Heisenberg)와 슈뢰딩거(Schrödinger)의 양자역학이 그것이다. 특수 상대성 이론은 빛의 속력이 일정하다는 데서 출발한다. 빛의 속력은 초속 약 30만 km인데 쉽게 생각하기에는 이 빛을 초속 29만 km로 따라 가면 빛의 속력이 초속 만 km로 보일 것이다. 그러나 실제로는 빛의 속력은 여전히 초속 약 30만 km로 보인다. 빛의 속력이 일정하다는 것은 마이켈슨과 몰리의 실험으로 보여졌다. 아인슈타인은 이 원리로부터 빨리 가는 물체의 시간은 느리게 가고, 질량은 늘어나며, 길이는 줄어든다는 것을 보였다. 또한 어떠한 정보도 빛의 속력보다 빨리 전파될 수 없다는 것을 보였다. 한편 이것은 뉴턴의 만유인력 법칙과 약간의 모순이 있었다. 뉴턴의 만유인력 법칙에 따르면 물체가 받는 중력의 크기는 항상 물체와 물체 사이의 간격에만 의존한다. 하지만, 뉴턴의 만유인력 법칙에 충실히 따라 계산하자면, 한 물체 A가 움직여 그 물체 A와 다른 물체 B 사이의 거리가 변했다면, 다른 물체 B가 받는 크기의 힘은 그 물체 A가 움직였을 그 순간에 변해야 할 것이다. 그러나 특수 상대성 이론에 따르면 모든 정보는 빛의 속력보다 빠를 수 없다. 그래서 물체 A가 움직였다는 사실이 중력을 받는 B가 알게 되기 까지에는 시간이 걸릴 것이다. 아인슈타인은 이 모순을 멋있게 제거했다. 이것이 중력의 이론인 일반 상대성 이론이다. 일반 상대성 이론에 따르면 물체 A가 움직였다는 사실이 빛의 속력으로 물체 B한테 전달이 된다. 즉 다시 말해서, 물체 B가 받는 중력의 크기는 물체 A가 움직였다는 정보가 물체 B한테 도착하기 전까지는 바뀌지 않을 것이다. 또한 일반 상대성 이론은 뉴턴역학으로는 설명을 못했던 수성의 궤도를 설명했으며, (뉴턴의 만유인력의 법칙이 예측하는 수성의 궤도와 실제 수성의 궤도에는 아주 미세한 차이가 있었다.) 태양의 중력에 의해 빛이 구부러져야 한다는 사실을 보였는데, 빛이 구부러지는 것은 일식 때의 관측에 의해 실제로 확인이 됐다. 아인슈타인의 상대성 이론이 발표된 후 사람들은 계속 연구를 하여 빛도 빠져나올 수 없는 블랙홀의 존재를 예측하였고 그 존재를 실제로 확인하였다. 즉 아인슈타인의 상대성 이론은 뉴턴의 만유인력 법칙이 설명하는 모든 현상과, 태양에 의한 중력에 의한 구부러짐, 수성의 궤도, 블랙홀 등을 설명할 수 있다.
안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 상대성 이론은 일반 상대성 이론과 특수 상대성 이론으로 구분됩니다.
특수 상대성 이론은 상대적으로 서로 운동하는 두 관측자 간의 물리량의 변화를 다룹니다. 이론의 핵심 아이디어는 모든 물리법칙은 상대적으로 서로 운동하는 관측자 사이에서도 불변하다는 것입니다. 즉, 어떤 사람이 정지해 있는 지구에서 보는 것과 빠르게 움직이는 우주선에서 보는 것이 같은 것이라는 것을 주장합니다. 이를 위해 공간과 시간의 개념을 바꾸어 이론을 구성하였습니다. 특수 상대성 이론은 빛의 속도가 고정되어 있다는 가정에 기반하고 있으며, 상대성 이론 중에서 가장 기본적이고 중요한 이론입니다.
반면, 일반 상대성 이론은 대부분의 물리학 법칙이 서로 다른 중력장에 놓인 물체에 대해 어떻게 적용되는지를 다루는 이론입니다. 이론의 핵심 아이디어는 질량이 공간 자체에 곡률을 만들어낸다는 것입니다. 따라서, 일반 상대성 이론에서는 중력이 물체를 움직이게 만드는 힘으로서 설명되는 것이 아니라, 공간 자체의 곡률로 설명됩니다. 이에 따라, 빛도 중력에 영향을 받게 되며, 블랙홀 등의 매우 강한 중력장에서의 물체의 운동을 설명하는 데에 사용됩니다.
따라서, 일반 상대성 이론과 특수 상대성 이론은 서로 다른 적용 대상과 문제들을 다루고 있습니다. 특수 상대성 이론은 상대적으로 서로 다른 속도로 움직이는 관측자 간의 물리량 변화를 설명하는 데 사용되고, 일반 상대성 이론은 중력을 포함한 대부분의 물리 현상을 설명하는 데 사용됩니다
안녕하세요. 과학전문가입니다.
특수상대성은 광속에 가깝게 운동하는 물체의 운동학이고 일반상대성은 무거운 물체가 주위에 미치는 힘을 다루는 동역학입니다.