특수상대론과 일반상대론

안녕하세요 @chosungyun입니다.

본격적으로 상대론에 대해 이야기 하기 전에 특수상대론과 일반상대론이 무엇인지 알아두고 가도록 하겠습니다.

우선 정의부터 볼까요?
위키백과에 따르면 특수 상대성이론이란 빛의 속도에 견줄 만한 속도로 움직이는 물체들을 다루는 역학 이론이라고 나옵니다.
한편 일반 상대성이론이란 중력을 상대론적으로 다루는 물리 이론이라고 나옵니다.

즉, 이 두개는 이름만 상대론이지 접근법이 완전 다릅니다.
하나는 빛의 속도로 갈 때 어떻게 될까이고 하나는 중력의 영향에 따라 어떻게 될까를 다루는 것이죠.

우리는 이 두가지 현상에 대해 실제 지구에서 직간접적으로 관측이 가능합니다.
특수상대성이론은 실생활에서는 우리가 느낄 수 없지만 검출기를 사용하면 알 수 있는데요. 뮤온이라는 기본입자가 있습니다. 이 입자의 수명은 매우 짧아 2.2μs입니다. 마이크로초면 10^-6초라는 것이고 백만분에 2초만에 붕괴한다는 겁니다.
이렇게 수명이 짧은 뮤온은 우주선(cosmic ray)로부터 지구로 입사하면서 생기고 지구로 입사하는데 걸리는 시간이 우리 입장에서는 2.2μs보다 깁니다. 그런데 신기하게도 이 뮤온은 지구의 지표면에서 검출됩니다.
검출이 되는 이유는 뮤온이 빛의 속도에 가깝게 움직으고 시간이 지연되어 뮤온입장에서의 2.2μs가 우리한테는 이보다 훨씬 긴 시간에 해당되어 우리 입장에서는 이미 붕괴했을 뮤온이 도착하게 됩니다.
그럼 뮤온 입장에서는 더 멀리 가는 거냐고 반문하실 수도 있겠습니다만 이것은 로렌츠수축이라는 개념으로 설명하는 것이 더 편한데 나중에 천천히 설명하도록 하겠습니다.

한편 일반상대성이론은 우리가 일상생활에서 사용하고 있습니다.
바로 GPS인데요. 우리가 사용하는 GPS는 인공위성에서 구형인 지구의 위치좌표를 인지하고 이를 GPS 수신기로 통신하며 위치를 정해줍니다.
이러한 GPS를 사용할 때 우리의 위치를 정확히 특정하기 위해서 적어도 3개정도의 인공위성으로부터 온 GPS신호를 분석해 동시에 거리에 따른 오차를 보정해 정확한 위치값을 결정해주게 되는데 이때 중력퍼텐셜에 따른 시간차이를 보정해주어야 합니다.
이를 보정해주지 않는다면 GPS는 엉뚱한곳을 가르쳐줄겁니다.

또한 얼마 전에 노벨상을 받은 간접적인 증거인 중력파 검출도 이 일반상대성이론의 존재를 입증해주는 증거입니다. 또 블랙홀의 존재를 예측하기도 했습니다.

하지만 제가 앞으로 소개하는 내용은 특수상대론입니다. 일반상대론은 계획은 없습니다만 혹여나 생각이 바뀌면 도전해보도록 하겠습니다.

다음 포스팅에서는 특수상대론을 시작하기 앞서 좌표계에 관해서 알아보도록 하겠습니다.
오늘은 여기서 마칩니다. 감사합니다!

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“해당 포스팅에 사용한 이미지의 출처는 구글이미지입니다”