석군의 비밀수납장(Seokkun)

안녕하세요! 과학을 쉽게 설명하는 과학 유튜버 석군입니다. 우리는 앞선 글을 통해 아인슈타인이 특수상대성 이론을 어떻게 만들게 되었는지를 살펴 보았습니다. 이를 통해 특수상대성 이론은 기존 뉴턴역학의 틀을 깨부수며 우리에게 새로운 상식을 가져다 주었다는 것도 알게 되었죠. OK! 빛의 불변의 속도를 받아들인 상태에서 모두에게 동일한 물리법칙이 적용될 수 있게 만든 이론이다! 그럼 다 해결된것 같은데 일반상대성 이론은 무엇이며 왜 만들었을까요? 고전 역학이라 불리는 뉴턴의 역학은 ‘관성기준계’의 기준에서 만들어 졌습니다. 쉽게 이야기해서 멈춰 있거나 일정한 속도로 움직이고 있는 관찰자의 기준에서 쓰여진 법칙이라는 것입니다. 뉴턴의 운동법칙은 제 1법칙인 관성의 법칙을 통해 관성을 물체의 기본 성질이라 표현합니다. 그리고 뉴턴의 운동법칙 제 2법칙 가속도의 법칙을 통해 힘과의 상호작용에서 물체의 운동이 일어난다고 설명하고 있죠.  ‘F=ma’. 외부에서 힘이 투입된 만큼 질량과 반비례하여 물체가 움직인다. 이것은 멈춰있거나 일정한 속도로 움직이는 ‘관성기준계’의 두 관찰자 입장에서 보면 아주 잘 들어맞는 설명입니다. 예를 들어 볼까요? 앞선 글에서 아인슈타인의 상상속으로 다시 들어가보죠. 텅 빈 우주 공간에서 일정한 속도로 서로 멀어지고 있는 두 관찰자 A와 B가 있다고 가정하여 봅시다. 관찰자 A는 자동차 만한 우주선을 타고 있으며, B는 축구장 만한 우주선을 타고 있습니다. 뉴턴의 운동법칙 제 1법칙인 관성의 법칙은 움직이는 물체는 외부의 힘이 작용하지 않는 한 계속해서 일정한 속도로 움직이려 하는 성질이 있다고 설명합니다. A와 B 둘은 서로 자신은 멈춰있고 상대방이 일정한 속도로 멀어지는 것으로 관찰할 것이고, 이 현상을 관성을 물체의 기본 성질로 보는 뉴턴의 제 1법칙으로 쉽게 설명 가능할 것입니다. 그런데 A가 갑자기 속도를 높입니다. B 입장에서 보면 멈춰있는 자신과 다르게 A가 가속을 하고 있는 것입니다. 그리고 이것은 뉴턴의 제 2법칙 가...

안녕하세요! 과학을 쉽게 설명하는 과학 유튜버 석군입니다. 오늘은 현대 물리학의 시작이자 한 축을 담당하는 아인슈타인의 상대성 이론의 탄생 배경에 대해 설명하고자 합니다. 단순히 시간 지연, 공간 수축 같은 현상 만을 나열하는 것이 아닌 이 이론이 탄생하게 된 배경을 포함하여 여러분께 이해하기 쉽게 설명하고자 합니다. 그럼 시작해 볼까요? 1. 상대성 이론이란? 우리가 통상적으로 말하는 상대성이론은 독일 출신 물리학자 알베르트 아인슈타인(A. Einstein, 1879-1955)이 발표한 이론으로 엄밀히 말하자면 두 가지 이론을 포함합니다.  첫 번째는 1905년에 발표한 특수상대성 이론으로, 서로에 대해 일정한 속도로 움직이는 특수한 상황에 놓인 두 관찰자 사이에 물리법칙이 어떻게 적용되는지 설명하는 이론입니다.  두 번째 이론은 일반상대성 이론으로, 1915년에 발표하였으며, 중력이 존재하는 상태에서 앞서 아인슈타인이 주장한 상대론적 물리법칙이 어떻게 적용되는지를 다루죠. 그럼 이 두 이론은 어떻게 탄생하게 됐고, 어떤 내용을 다루는지 조금 더 자세히 알아 볼까요? 2. 빛의 속도가 문제야! 앞선 전자기학의 발전을 다뤘던 글에서 맥스웰의 방정식을 면밀히 들여다보면 전기력과 자기력의 전달 속도, 즉,빛(전자기파)의 이동 속도는 관찰자의 상태를 따지지 않고 항상 일정하게 표현된다고 했었습니다.  하지만 200년 가까이 이어온 고전물리학의 근간인 뉴턴의 역학을 빌어 설명하자면 이는 말이 되질 않았죠. 쉽게 말해 달리는 버스 안에서 버스가 달리는 방향을 향해 빛을 쏘면 버스의 속도와 빛의 속도가 더해진 총 합이 버스 바깥에서 바라보는 관찰자가 경험할 빛의 속도일텐데, 맥스웰의 방정식에서의 빛(전자기파)의 속도는 버스 안과 밖을 동일하게 표현하고 있던 것입니다. 그렇다면 맥스웰의 방정식에 오류가 있었던 것일까요? 하지만 맥스웰의 방정식은 전자기 현상을 너무도 잘 설명하고 있었습니다.  3. 빛의 속도가 우주의 한계 속도이다! 그...