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아인슈타인이 일반상대성 이론을 정립하기 까지의 과정을 담은 책이다. 아인슈타인 하면 떠오르는것? 그렇다. 상대성 이론이다. 그리고 이것은 특정한 경우에만 성립되는 특수상대성 이론과 일반적인 경우에 다 적용되는 일반 상대성 이론으로 구분한다. 1. 기본개념 ● 상대성 이론: 고정된 것은 빛의 속도 뿐이며, 그 외의 것(시간과 공간)은 여기에 "상대적"으로 맞춘다.
상대성 이론은 이전까지 물리학을 지배하던 "기준계가 변하더라도 공식은 변하지 않아야 한다"는 뉴턴의 이론을 뒤엎는 것으로 기준계에 따라 "다른 공식"을 써야 한다는 것. 아.. 물론 뉴턴의 이론이 틀렸다가 아니라 한정적인 범위에서만 성립한다는 뜻이다. 즉. 뉴턴의 이론은 물체의 속도가 느릴때(대략 빛의 속도의 1/3 이하), 에너지 또한 작은 범위에서만 성립한다. ● 1.특수상대성 이론: E = mc² 공식에 의해 에너지와 질량은 등가이고 변환 가능하다. 그러나 속도가 광속과 가까울때(즉 중력을 무시할수 있을때) 성립하는 ‘시간+공간’의 이론이다.
● 2.일반상대성 이론: 등속 운동계에 한정된 특수상대성 이론을 가속도 운동계에도 적용하기 위하여 "중력" 개념 도입한것으로 '시간+공간+중력'의 이론이다.
● 뉴턴이론과 상대성 이론 -특수상대성이론은 빛보다 느린 물체인 경우 뉴튼의 역학이론과 실제적으로 같아지며 빛보다 빠른 물체인 경우에도 성립한다.
-일반상대성이론은 중력이 약한 경우(지구, 달, 태양, 은하 등) 뉴튼의 중력이론과 동일하며 중력이 강한 경우(중성자별, 블랙홀, 우주 전체)에도 성립한다.
2. 신의 방정식 아인슈타인이 일반상대성 이론을 연구할때의 계산에 의하면 우주가 팽창한다는 결론이 나오는데, 당시에는 우주 팽창에 관한 증거가 없었으므로 이 수식을 끼워맞추기 위해 "우주상수"를 도입했다. 그런데 1929년 에드윈 허블이 허블 법칙을 발표하면서 공간이 팽창함을 입증했다.
이렇게 되자 우주상수는 "웃기는 에너지"가 되버리고, 아인슈타인은 안타깝지만 이것을 철회했는데, 1998년 초신성을 연구하면서 우주는 가속팽창을 한다는것이 밝혀졌다. 그리고, 가속팽창의 계산식에는 공간을 바깥으로 미는 힘 즉, 아인슈타인인의 "우주상수"가 필요하다. 우주상수는 중력파(=마이크로파 배경복사)의 관측으로 입증되었다. 이론상의 성립을 위해 가상으로 만든것이 실제로 증명된것이며, 한개의 방정식으로 자연의 거대한 법칙을 설명한 것이다 !! 3. 이제, 아인슈타인의 방정식처럼 자연의 힘을 물리법칙으로 통일하려는 연구가 진행되고 있다. 입자들의 질량, 중력의 세기, 전자기력의 세기 등 지난 100년간 연구를 통해 우주를 규정짓는 약 20개의 목록이 있다. 그런데 그것들이 왜 그런값을 갖는지는 밝혀지지 못했고, 이것을 밝히려는 연구 중 하나가 끈이론인데, 물질과 힘은 진동하는 끈으로 되어있고, 이 끈은 차원에 걸쳐 있어 한 단면만 보면 마치 입자처럼 보인다는 것이다. 이것이 계산상으로 성립할려면 11차원(10차원의 공간 + 1차원의 시간) 이 필요하다. 그래서 지금의 4차원(3차원 공간 + 1차원의 시간)에 여분의 7차원을 가정하고, 이 숨어있는 7 차원에서 이 값들의 원인을 찾으려는 것이다. 뉴턴의 절대공간에서 아인슈타인의 시공간 왜곡을 거쳐 중력, 양자력, 전자기력을 통합하는 끈이론으로 나아가면서 이렇게 우주의 비밀이 밝혀지고 있다.
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약간 어려운 책이야. 그래도 재미있어. 이런 과학을 평생 연구한 아인슈타인이 일반인들에게 유명해진 이유는 뭘까? 원자폭탄 때문에? 미국 대통령에게 보낸 편지 때문에? |