일반 상대성 이론
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작성자 타라곤 댓글 0건 조회 1,786회 작성일 12-06-14 23:04
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매우 강한 중력장에서는 뉴턴의 중력에 대한 해석은 부적절하다. 아인슈타인의 일반 상대성이론이 중력 효과를 설명하는 데 쓰여야 한다. 아인슈타인은 힘에 대한 보통의 뉴턴식 해석으로 중력을 설명할 수 없다는 것을 발견했다. 중력은 질량을 가진 물체 주위의 시공간이 구부러지거나 뒤틀림으로써 나타나는 결과이다. 중력이 커질수록 더 많은 시공간이 구부러지거나 뒤틀린다.
시공간이란 무엇인가? 보통 생각되는 것처럼, 시간은 공간으로부 터 분리되거나 독립되어 있지 않다. 아인슈타인은 그의 특수 상대성이론에서 , 빛의 속도는 어떤 두 관측자에게도 그들의 상대적인 속도에 상관없이 일정하게 측정된다고 가정했다. 이 가정은 지금까지 많은 실험에서 사실임이 보여졌다. 똑같은 빛의 속도(거리/시간)를 얻기 위해, 서로에 대해 움직이고 있는 두 관측자는 뉴턴의 말했던 것처럼 빛이 움직인 거리뿐만 아니라 움직이는데 걸린 시간도 다르게 측정할 것이다.
시간과 공간은 연결되어 4차원의 시공간을 형성한다. (3차원의 공간과 1차원의 시간). 이러한 개념은 그렇게 낯설지 않다. 우리는 종종 거리를 두 지점 사이를 빛이 이동하는데 걸린 시간으로 정의한다. 그 예로, 1광년은 빛이 1년 동안 이동하는 거리이다. 보통 어떤 사건에 대해서 이야기하기 위해서는, 어디서(공간) 언제(시간) 그것이 일어났는가를 이야기한다. 사건은 시공간에서 일어난다.
특수 상대성이론의 또다른 결과는 그 무엇도 빛의 속력보다 빠르게 운동할 수 없다는 것이다. 질량을 지닌 어떤 물체가 빛의 속력에 가깝게 움직이면 그것의 질량은 증가한다. 질량은 빛의 속력에 가까와 질수록 무한대로 커지고, 결국 빛의 속력에 이르기 위해서는 무한대의 에너지를 필요로 하게 된다. 정보나 힘이 전달되는 가장 빠른 속력은 빛의 속력이다.
뉴턴의 중력법칙은 한 물체가 움직이면 두 물체 사이의 중력은 순간적으로 변한다는 사실을 내포하고 있는 것처럼 보인다.-뉴턴의 중력은 무한대의 속력을 가지고 있다. 아인슈타인은 그의 일반 상대론에서 중력이라고 불리우는 것은 실은 휘어진 시공간의 결과라고 제안했다.
지구는 태양이 당기고 있어서 공전하는 것이 아니다. 지구는 단지 4차원 시공간에서 가장 짧은 궤적(geodesic)를 따라 움직이고 있을 뿐이다.
당신이 만약 장거리 비행을 해보았다면 두 도시 사이의 가장 짧은 거리는 직선이 아니라는 사실을 알고 있을 것이다. 미국에서 유럽까지의 직행비행은 Greenland를 지난다. 평면지도상에서 이 비행경로는 휘어 보이지만, 그게 가장 짧은 거리인 것이다. 빛은 시공간의 두 점 사이를 가장 짧은 경로(geodesic) 를 통해서 움직인다. 중력원에서 멀리 떨어진 곳에서는 가장 짧은 경로는 3차원 공간에서의 직선이다. 무거운 물체 주위에서 이 경로는 휘어져 있다. 스티븐 호킹은 이를 울퉁불퉁한 산 위를 지나는 비행기 그림자의 움직임에 비유했다.
vent horizon 안의 우주는 휘어져 있는 정도가 커서 방출된 빛은 모두 점질량(point object) 으로 되돌아 온다. Karl Schwarzschild는 회전하지 않는 블랙홀에 대해서 일반 상대성이론의 방정식을 풀어서 특정한 거리안의 빛은 모두 점질량으로 휘어져 들어wu 간다는 것을 발견했다. Event horizon은 때때로 그의 이름을 따 Schwarzschild 반지름이라고 불린다.
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