일반 상대성 이론(1) : 특수 상대성 이론의 확장

앞서 다룬 특수 상대성 이론에 의하면 시간과 공간은 속도에 따라 왜곡된다. 단, 이러한 현상은 특수한 상황(등속 운동하는 좌표계)에서만 유효하였기에, 아인슈타인은 이를 일반적인 상황(가속 운동하는 좌표계)까지 확장하고자 하였다. 등속 운동은 가속도가 0인 운동만을 의미하고, 가속 운동은 가속도가 0이 아닌 운동까지 포함하기 때문에 가속 운동이 더욱 일반적인 상황이며, 이때 가속도는 무한대 범위를 가진다.

• 歪 : 비뚤 왜
• 曲 : 굽을 곡

본격적으로 일반 상대성 이론에 대해 알아보기 전에, 이 이론이 생겨난 시대의 패러다임(한 시대의 사람들의 견해나 사고를 근본적으로 규정하고 있는 인식의 체계)에 대해 알아보자.
갈릴레이는 상대성 이론에서 ‘운동은 개념적으로 상대적이기에 본질적으로 정지 상태란 없다’고 말했다. 즉, 운동하는 물체에 주어지는 힘이 없더라도 물체는 본질적으로 등속도 운동을 한다고 생각하였는데, 이는 후에 뉴턴이 운동 법칙을 정립하는 바탕이 되었다. 그리하여 뉴턴의 운동 법칙은 등속 운동하는 좌표계에서 성립하였다.

시간이 흘러, 앞에서 살펴본 마이컬슨-몰리 실험으로부터 빛의 속도가 등속 운동하는 관찰자에 상대적이지 않고 절대적이라는 결론이 도출되었고 아인슈타인은 이를 특수 상대성 이론으로 해결하며 오랜 패러다임을 바꾸었다. 패러다임을 바꾼 아인슈타인은 조금 더 근본적인 의문을 가졌다. '모든 운동 법칙이 등속도 운동하는 좌표계 뿐만 아니라 가속 운동하는 좌표계에서도 적용될 수는 없을까?'