일반 상대성 이론5 일반 상대성 이론(5) : 블랙홀 마지막으로 블랙홀에 관해 알아보자. 블랙홀이란 질량이 너무 커서 빛조차도 빠져 나오지 못하는 천체를 뜻하는데, 중력이 너무 큰 나머지 공간의 왜곡이 심하게 일어난다. 일반 상대성 이론에 의하면 블랙홀의 중심에 갈수록 중력이 커지기 때문에 시간이 팽창한다.(느려진다.) 그러다 어느 순간 시간이 멈춘 것처럼 보이는데 이것을 사건의 지평이라고 부른다. 블랙홀은 태양보다 3-4배 질량이 무거운 초신성이 붕괴될 때 형성되며, 블랙홀로 물질이 빨려 들어갈 때 매우 높은 온도로 가열되면서 방출하는 X선을 통해 블랙홀의 존재를 확인할 수 있다. 2023. 7. 20. 일반 상대성 이론(4) : 시간 팽창 다음으로 중력에 의한 시간 팽창을 알아보자. 다음과 같이 빠르게 돌아가는 원판 위에 두개의 시계가 있다. 특수 상대성 이론에 의하면 원판 밖에 있는 관찰자의 입장에서 볼 때, 가장자리에 있는 시계가 중심에 있는 시계보다 빠르게 운동하여 시간이 천천히 흐른다.(시간이 팽창한다.) 여기서 원심력에 대해 생각해보면 관성력처럼 실제로 존재하지 않는 힘으로, 회전운동의 중심 방향과 반대 방향으로 작용한다고 설정한 가상의 힘이다. 회전운동의 중심 방향으로의 힘을 구심력이라 할 때, 이를 중력이라 생각한다면 중력에 의한 시간 팽창을 설명할 수 있다. 이를 일반 상대성 이론으로 설명해보자. 앞서 등가 원리에 의해 중력 질량과 관성 질량이 같다고 하였다. 따라서 가속에 의한 시간 팽창이 일어나는 것처럼 중력에 의한 시간.. 2023. 7. 18. 일반 상대성 이론(3) : 중력 효과 지금부터 중력 효과와 시간 팽창에 대해 알아보자. 뉴턴이 만유인력 법칙(중력 법칙)을 세우긴 했지만 스스로도 그 힘의 근본은 알지 못한 채 세상을 떠났다. 아인슈타인은 이러한 만유인력(중력)을 힘으로 생각하지 않고 공간이 굽어졌다고 제안하였다. 앞서 등가 원리를 통해 중력과 관성력이 근본적으로 같고, 이 둘은 가상의 힘이라는 것을 알아보았다. 근데 여기서 공간이 굽어졌다는 것은 무엇을 의미할까? 특수 상대성 이론에서는 속도에 따라 시간과 공간이 왜곡된다고 하였다. 허나 일반 상대성 이론에서는 질량을 가진 물체가 있을 때 생기는 중력에 의해 시간과 공간이 휘어진다고 설명한다. 먼저, 공간의 왜곡과 관련하여 중력 렌즈 현상이 있다. 믿기 힘든 이야기이지만 실제로 행성 근처를 지나는 빛이 일직선이 아니라 휘어.. 2023. 7. 16. 일반 상대성 이론(2) : 등가 원리 결론부터 꺼내면, 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 단순히 특수 상대성 이론을 가속 좌표계로 확장한 것이 아닌, 등가 원리를 바탕으로 중력 효과를 포함하는 새로운 이론이다. 아인슈타인은 특수 상대성 이론을 발표하고 나서 이를 가속 좌표계로 확장하고 싶었기에 기존의 가속 운동과 관련된 현상을 살펴보다가 관성력에 의문을 가졌다. 실제로 존재하지는 않지만 운동 현상을 설명하기 위해 만들어진 가상의 힘인 관성력은 많은 현상들을 설명하기 위해 뉴턴이 만들어낸 가상의 힘으로, ‘a의 가속도로 움직이는 질량이 m인 물체에는 반대방향으로 ma의 힘, 즉, -ma라는 관성력이 작용한다.’ 아인슈타인은 이러한 관성력을 이해하기 위해서는 중력을 이용하여야야 한다고 생각하였고, 이 대목에서 등가 원리가 등장한다. ‘어떠한 물체.. 2023. 7. 14. 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 말했.. 2023. 7. 12. 이전 1 다음
