알베르트 아인슈타인의 일반 상대성이론

물리학 양자역학등을 살펴보다 보면 나오는 일반 상대성이론. 잘 몰면 더 잘 알고 싶어지는 그런 이론이다. 아

인슈타인까지는 알고 있었는데 그래서 이게 무슨 이론인지는 잘 모르겠다. 일반 상대성이론은 현재까지 알려

진 중력 관련 이론 중에는 실험적으로 검증된 이론이라 한다. 

상대성이론에는 특수 상대성이론과 일반 상대성이론이 있는 중력이라는 개념을 재해석한 것이다. 중력과 관

성력은 같은 힘으로 기하구조에의해 매개된다. 기하학적 구조가 있는 이유 모든 물체가 관성을 가지는 이유

모든 물체가 서로 잡아당기는 이유 이 현상들을 통일한다.  두 시각의 차이는 물체와 중력장의 상호작용에 의

해 결정되어 각 부분마다 다르게 시간이 흘러가는 것이다. 

 

 

운동 속도에 따라 상대적으로 시간과 공간을 느낀다는 것또한 상대성 이론의 하나이다. 우리가 하늘에 날아가

는 비행기를 볼떄 굉장히 느리게 천천히 간다고 생각하지만 비행기는 우리가 상상하는 속도 그 이상으로 날아

가고 있는 것을 보면 알 수 있다. 

질량이 크다면 주변 공간은 휘어진다. 기차 자체는 그냥 직진만 할뿐 철로를 따라 직진해도 철로가 휘어져 있

으면 기차는 그 휘어진 길로 이동하기 때문에 마치 멀리서 보면 기차가 스스로 방향을 바꾸어 이동하는 것처

럼 보인다.

 

 

빛도 마찬가지로 빛 자체는 직진만 할뿐이지만 빛이 이동하는 공간이 휘어져 있으면 그 공간을 따라 이동하는

빛은 휘어진 것처럼 보인다. 지구 주변을 공전하는 달이나 인공위성도 휘어진 공간을 따라 직진하지만 공간이

휘어져 빙글빙글 도는 것처럼 보이는 것이다. 빛은 속도가 빨고 휘어짐의 정도가 잘 측정되지 않을 뿐이다. 블

랙홀 주변에서도 빛이 블랙홀 공전한다. 지구 표면에 있는 것들도 결국은 그 주변 고간이 휘어져 있기 때문이

다. 이 휘어짐을 중력이라 부른다.

중력파 또한 아인슈타인 장방정식에서 도출 실제로 관측되기 어려웠으나 2016년에 성공했다. 이로써 아인슈

타인의 이론이 증명되었다. 아인슈타인 그는 도대체 100년 전부터 무엇을 보았단 말인가.

 

 

갈릴레오 프로젝트

 

두개의 위성을 발사 하나는 실패하여 대기권으로 재돌입, 하나는 타원 궤도를 공전하기 시작. 공전하는 위성

의 시계를 보며 시간의 흐름을 관측한 결과 시간이 다르게 흘렀음을 관찰했고 이를 통해 일반상대성이론을 검

증하는 결과가 나온다. 9000km의 고도차이가 만든 서로 다른 시간의 흐름이다. 

 

 

블랙홀

 

블랙홀은 가장 극단적인 일반상대성이론이다. 탈출속도가 빛의 속도보다 크기 때문에 빛마저 빠져나오지 못

한 휘어진 시공간이다. 이론에 따르면 블랙홀 주변은 너무 극심하게 휘어져 있어 특이점이 오기 때문에 아인

슈타인의 극단적 효과라고 할 수 있다. 따라서 관측은 거의 불가능에 가깝다.

 

한 떄 사건의 지평선 망원경 팀이 블랙홀을 관측하고 영상화해 일반 상대성이론을 증명하기도 했다. 이를 공

로로 노벨 물리학상을 받은 세명의 물리학자가 있다. 아인슈타인에게는 특수상대성이론의 어려운 문제가 있

었음에도 그는 풀어냈다. 물리학적 고찰에 따라 리만 기하학이란 수학적 도구에 의해 증명되었다.

물질의 분포가 시공간의 휘어짐을 결정한다. 이 결과를 수학적으로 계산하면 중력은 시공간의 휘어짐에 따른

결과라는 점이 나온다. 특수상대성 이론의 일반화로 중력을 자동적으로 포함한다. 아인슈타인은 최소한의 가

정으로 물리법칙들이 필연적인 이유를 갖는다는 것을 밝혔다. 

 

 

시공간의 휘어짐

 

아인슈타인의 원리대로라면 자유낙하하는 물체는 자신이 낙하하고 있다는 것을 모른다.떨어지는 엘리베이터

안의 사람은 자신이 낙하하고 있는지 우주공간에 떠 있는지 구분할 수 없다. 우리는 떨어지는 것을 느낄 수 있

다 생각하지만 더 깊게 생각해 보면 우리가 지표면에 발을 붙이고 있을 때 조직들은 늘어져있는 상태고 우리

가 이 상태에 익숙해져 있다. 그 조직이 풀리면 우리가 느끼는 것이다 하지만 중력이 없는 공간이라면? 느끼지

못할 가능성이 커진다.