알베르트 아인슈타인의 특수 상대성 이론

물리법칙에는 통념이 있다. 여기서 하든 저기서 하든 물리법칙 그 자체는 다르게 적용되지 않는다는 점이다.

동쪽이든 서쪽이든 방향을 바꿔서 해도 물리 법칙이 변하지는 않는다. 이게 바로 상대성 이론이다. 관측자에

따라 모든 것이 상대적이란 결론을 내는 것. 하지만 밀폐된 공간에서 이동 중일 때 내가 이동 중인지 공간이 이

동 중인지 알 수 없다는 점이 바로 특수 상대성이론이다.

상대론과 양자론이 충돌을 일으킨다는 개념은 특수 상대론의 광속 불변의 원리가 양자론과 잘 융합했다는 점

이다. 일반 상대성이론 하나로 다른 강력한 이론을 말하는건 어렵지만 중요한 건 이 모든 것의 근본이 바로 상

대성이라는 점이다. 그래서 특수 상대성이론이 나온 후에 일반 상대성 이론이 나왔다. 일반 상대성 이론은 그

저 단순 확장에 지나지 않는다. 이 확장이 중력을 요구한다는 점이 놀라운 것이다. 

 

 

현대 물리학 거의 전체에 이 상대론이 응용되었다.애초에 특수 상대성 이론에 대한 개념은 갈릴레오 갈릴레이

에 의해 먼저 시작되었다. 특수 상대성 이론의 요지는 시간과 공간은 절대적이지 않으며 속도에 따라 상대적

이라는 것으로 2가지 가정을 하였다. 상대성 원리 모든 관성 좌표계에서 물리 법칙은 동일하다. 광속 불변의

법칙은 진공 중 진행하는 빛의 속도는 관찰자나 광원의 속도에 관계없이 일정하다는 점이다. 

따라서 특수 상대성 이론이 결론은 관측자에 대해 빠른 속도로 운동하는 물체는 시간이 느려진다는 시간 지역

의 고적적 운동량보다 더 큰 값을 가지고 빠른 속도로 운동하는 물체는 길이가 짧아진다는 점, 질량이 에너지

로 혹은 에너지가 질량으로 바뀐다고 요약할 수 있다.

 

 

상대성원리

특수 상대론은 기본적으로 등속계를 다룬다. 절대 가속하는 계를 다루는 상대론이 아니므로 특수 상대성이론

에 쌍둥이 패러독스를 가져오면 모순이 발생하는 게 이게 전부다. 사람들이 말하는 길이가 짧아지거나 시간이

느리게 가는 건 그냥 부수적인 결과물일 뿐 이런 결과도 로런츠 변환의 결과고 그 역시 부산물에 지니지 않는

다.

 

 

광속 불변의 원리

 

광속 불변의 원리를 기본 원칙으로 받아들이는건 기존 상식으로 힘들다. 위의 두 원리를 거부하면 맥스웰 방

정식, 전자기학을 받아들일 수 없다. 이 원리에 물리법칙이 지배되는 경우를 로런츠불변이라고 부른다. 모든

물리량 물리법칙은 이 로런츠 불변을 만족해야 한다.

이 원리 자체가 어떤 속력이 존재하여 한 관성 좌표계에서 이 속력을 갖고 운동하는 것으로 관측된 물체는 다

른 관성 좌표계에서도 그 속력으로 운동하는 것으로 관측된다는 말이다. 통상 이 속력을 빛의 속도라고 표현

하고 수식에서는 c로 표기된다. 광속 불변의 원리는 상대성 원리가 옳다면 옳은 원리가 된다.

 

 

로런츠 변환과 불변성

 

로런츠 변환은 갈릴레이 변환의 대체물로 이 변환에 대해 불변이라는 뜻이다. 물리학에서 로런츠 불변성이 갖

는 의미는 생각보다 크다. 확정시킴과 동시에 엄청나게 강화시켰다. 3차원 공간에서 회전과 물리 법칙 간 관계

를 생각해 보면 특정한 전하 분포를 만들어 맥스웰 방정식을 확인한다면 주변 영향들을 제거하기 위해 지구도

태양도 없는 아주 먼 우주공간에서 이루어진다는 가장하에 지금과 실험결과가 바뀔까? 그건 아니다. 회전에

대해 물리법칙으변하지 않는 것이다. 맥스웰 뉴턴 역학도 중력법칙도 변하지 안 한다. 

 

 

특수 상대성 이론이 발표되었을 당시 그 이론이 굉장히 난해에 쉽게 받아들이지 못했다. 물체의 속도가 빠랄

질수록 길이가 짧고 무거워진다는 소리를 광속은 일정한 속도로 관찰된다는 전제에서 이끌어 내는 이론을 직

관적으로 받아들이고 이해할 수 없었던 것이다. 그래서 말도 많고 아인슈타인도 어린이 만이 이해할 수 있다

고 말했다 한다.