아인슈타인의 상대성 이론이란?

아인슈타인하면 무엇이 가장 먼저 떠오르시나요?

 

저는 예전에는 우유가 가장 먼저 떠올랐는데요. ㅎㅎ 요즘에는 상대성 이론이 가장 먼저 떠오르는 것 같습니다. 요즘 읽고 있는 책이 상대성 이론에 관련된 책이라 그런지는 몰라도 상대성 이론에 대해 더 깊게 공부하고 알게 되는것 같은데요. 아인슈타인의 상대성 이론은 무엇인지 이해하기 쉽게 알아보도록 하겠습니다. 

 

 

상대성 이론이란?

 

 

상대성이론은 아인슈타인이 제안하고 발전시킨 특수상대성이론과 일반상대성이론을 합친 것을 말합니다. 쉽게 말해서 시간과 공간은 절대적이지 않고 시간과 공간의 상대적 관계를 의미하는 것입니다. 

 

특수 상대성 이론이란?

 

 

특수 상대성 이론은 두 가지의 가정이 있습니다. 

 

1. 서로에 대해 등속도로 운동하는 두 관찰자에게는 동일한 물리 법칙이 적용 됩니다. 

2. 모든 관찰자에게 빛의 속도는 완벽하게 동일합니다. 첫 번째 원칙이 바로 상대성의 원칙이며 두 번째 원칙이 광속 불변의 원리입니다. 

 

 

이 두 가지의 가정이 사실이라면 시간과 공간이 절대적이고 독립적이지 못하다는 것은 필연적이게 됩니다. 관찰자에 따라서 두 사건이 일어난 시간 간격이 달라지기 때문에 시간 지연의 현상이 일어나게 되고 공간도 마찬가지이기 때문에 빠르게 운동하는 물체가 그 운동 방향에 대해 간격이 줄어드는 것으로 관측되는 길에 수축 현상이 생깁니다. 빛의 속도는 물체가 가질 수 있는 최대 속도 값으로 가능하기 때문에 물체의 속도가 커질수록 같은 힘을 가해도 더 가속되기가 어려워지는 것입니다. 

 

일반 상대성 이론이란?

 

 

일반 상태론은 뉴턴의 중력 이론을 대체하는 아인슈타인의 중력 이론입니다. 일반 상대론의 기반이 되는 핵심적 원리는 등가 원리인데요. 이것은 가속 운동과 중력을 받는 것 두 가지는 구분할 수 없다는 주장입니다. 

 

예를 들어 위로 가속 되는 엘레베리터에서 아래로 떨어지는 물체는 어느 방향에서 떨어지든지 엘레베이터 방향에서 수직 방향으로 떨어집니다. 하지만 엘레베이터 안에서 지구 중력에 끌려 떨어지는 물체는 중력의 방향인 지구의 중심을 향해 비스듬하게 떨어지게 됩니다. 

 

영화에 나오는 상대성 이론

 

1. 인터스텔라

 

영화 인터스텔라는 일반 상대성이론을 보여줍니다. 인터스텔라에서 주인공은 사람이 살 가능성이 보이는 밀러 행성에 도착하는데요. 그 후 몇시간 지나지 않아 주인공은 우주선으로 복귀를 하는데 우주선에서 기다리고 있던 사람의 시간은 23년이 지나버렸습니다. 

 

밀러 행성이 크고 무거운 행성이기 때문에 강한 중력이 생긴 것이고 이로 인해 시간이 느리게 흐른 것이기 때문입니다. 이 장면은 중력의 영향을 받아 각각 시간이 상대적으로 흐른다는 것을 보여 주었습니다.

 

2. 혹성 탈출

 

영화 혹성 탈출에서의 주인공은 우주여행을 하다가 지구로 돌아옵니다. 그러나 돌아온 지구는 시간이 한참 지나 원숭이들의 행성이 되어 버렸는데요. 우주선에서는 몇 년 밖에 지나지 않았지만 지구에서는 수많은 시간이 지나 많은 변화가 생긴 것입니다. 영화 혹성 탈출은 특수 상대성 이론에서 시간은 관찰자의 속도에 따라 상대적이라는 것을 보여줍니다.

 

일상에서 적용된 상대성 이론

 

우리는 네비게이션 GPS로 길을 찾고 핸드폰으로 통화를 할 때마다 상대성 이론을 활용하고 있는 셈이라고 볼 수 있습니다. 현재 의료장비인 양전자 방출 단층 촬영 장치를 동작하는데에도 특수상대성이론이 적용 되었습니다.

 

마치며

 

제가 재밌게 보았던 sf 영화나 드라마들은 모두 아인슈타인의 상대성 이론이 등장하는 작품들이었던 것 같습니다. 요즘에도 아인슈타인의 상대성 이론이 등장하는 자기 계발 서적들을 읽고 있는데요. 그럴때마다 상대성 이론은 이론이 아닌 실제라는 것을 느끼게 되는것 같습니다. 

 

이번 포스팅에서는 아인슈타인의 상대성 이론에 대해 알아보았습니다. 이 글이 상대성 이론을 쉽게 이해하시는데에 도움이 되었기를 바랍니다.