아인슈타인의 가장 큰 자산은 현실적 성숙에 의해 부과된 패턴에 제한되지 않는 유치한 환상이 특징인 그의 상상력이었습니다.
빛의 일정한 속도
과학자에게 첫 번째 영감은 알베르트 아인슈타인이 거주하고 일했던 취리히의 역으로 가는 기차였을 가능성이 있습니다. 역에서 천천히 이동하면서 창밖을 내다보니 플랫폼이 떠나는 것이 보입니다. 움직이는 것은 플랫폼이 아니라 기차라는 것을 어른은 단번에 알아차릴 것입니다. 그러나 아인슈타인은 자문했습니다. 우리가 이것을 어떻게 압니까?
정답은 지구입니다. 이것이 우리가 정지된 것으로 간주하는 것이며, 따라서 속도와 관련하여 물체에 속도를 부여합니다. 하지만 지구가 존재하지 않는다면? 우주선이 움직이고 있는지 아니면 우주 정거장이 우리에게서 멀어지고 있는지 어떻게 알 수 있습니까? 가장 먼저 떠오르는 것은 물리 법칙입니다. 아마도 속도를 고려하는 몇 가지 규칙이 있을 것입니다. 이러한 방식으로 우리는 서 있거나 움직이는 현상의 과정에서 배웁니다.
가장 좋은 후보는 자기장과 전기장입니다. 학교에서 우리는 그것이 실제로 하나의 힘인 전자기력이라는 것을 배웠습니다. 네덜란드 물리학자 헨드릭 로렌츠(Hendrik Lorenz)의 연구는 실제로 교류 전자기장인 빛이 우리의 움직임에 관계없이 항상 같은 속도로 움직여야 한다는 것을 보여줍니다.
확인하는 방법? 우리는 지구가 태양 주위와 그 축을 중심으로 (매우 빠르게) 움직인다는 것을 알고 있기 때문에 빛의 속도가 움직임에 따라 달라지면 빛의 광선은 서쪽에서 동쪽으로, 따라서 지구의 움직임 방향으로 이동합니다. 북쪽에서 남쪽으로 두 번째와 다른 동일한 방식으로 따라야 합니다. 이러한 실험은 미국 과학자 Albert A. Michelson과 Edward Morley에 의해 수행되었습니다. 그리고 빛의 속도는 실제로 그 움직임의 방향에 의존하지 않는다는 것이 밝혀졌습니다.
특수 상대성 이론
모션은 시스템을 비교하는 두 관찰자의 맥락에서만 존재하며 항상 상호적이며 정지된 시스템을 정의하는 것은 의미가 없습니다. 따라서 모든 올바른 물리 이론은 속도와 위치, 시간과 무관해야 합니다. 그렇지 않다면 이동식 시스템과 고정식 시스템을 구분할 수 있을 것입니다.
이 일정한 빛의 속도를 어떻게 받아들여야 할까요? 결국 이것은 우주 “비컨”이 빛 신호를 보내고 우리가 빛의 속도에 가까운 속도로 날아가는 로켓을 명중하고 이 신호를 쫓는다면 우리와 등대에서 빠르게 멀어질 것이라는 것을 의미합니다. . 이것은 역설적이지만 어린이의 상상은 아닙니다.
그렇다면 우리와 빔 사이의 거리가 증가하거나 시간이 느려집니다. 공간 신축 또는 시간 팽창의 정도는 상대 속도에 비례합니다. 빛을 추구하면 공간은 무한히 늘어나고 시간은 멈춘다.
우리는 우리의 상상력이 우리에게 충분하지 않을 수 있는 지점에 도달합니다. 시간이 멈춘다는 것은 무엇을 의미합니까? 한 자리에 얼어붙을까? 글쎄요, 아니요, 우리는 우리의 기준 틀 안에서 정상적으로 살 것입니다. 그러나 우리는 우주의 나머지 시간 밖에 존재하는 신처럼 느낄 것입니다. 그러나 운동은 상대적이고 상호적이기 때문에 우리 외부 세계에 대해서도 똑같이 말할 수 있습니다. 그렇다면 동시성이란 무엇인가? 원인과 결과의 원리를 이것과 어떻게 조화시키십니까?
상대성 이론의 모든 의미는 아직 이해되지 않았습니다. 아인슈타인은 가장 중요한 두 가지를 지목했습니다. 첫째, 빛의 속도에 도달하는 것은 불가능합니다. 속도를 높이는 데 필요한 에너지는 속도와 빛의 속도 차이에 반비례하여 증가합니다. 빛의 속도로 움직이는 물체는 무한한 에너지를 가질 것입니다. 그러나 운동은 상대적이므로 이 에너지는 무엇입니까? 학교에서 배운 것처럼 운동 에너지는 속도와 질량에 비례합니다. 그래서 아인슈타인은 그것이 거대해야 한다고 말했습니다. 이것에서 그는 가장 유명한 방정식을 도출했습니다. E=mc^2 – 질량은 정지해 있는 에너지의 한 형태입니다.
광속의 불변성에서 나온 두 번째 결론은 이미 고대에 유클리드가 기술한 바와 같이 우리에게 알려진 3차원 공간에 4차원으로서의 시간을 통합할 필요가 있다는 것입니다. 독일 수학자 Hermann Minkowski가 처음 정의한 이러한 방식으로 생성된 시공간만이 물리학을 올바르게 설명할 것입니다. 시공간의 한 지점은 특정 시점의 공간상의 특정 위치입니다. 두 점을 연결하는 시공간의 선분은 두 사건 사이의 거리이다.
일반 상대성 이론
질량은 물체를 움직이게 하기 위해 적용해야 하는 힘의 척도일 뿐만 아니라 그 관성의 정도입니다. 질량은 또한 중력의 근원입니다. 이러한 정의는 완전히 다른 현상을 나타냅니다. 동일한 물리량을 포함할 수 있습니까? 이러한 “사건”은 자연에서 발생하지 않습니다.
해당 실험은 비틀림 진자를 사용하여 헝가리 지구 물리학자인 Lorand Eötvös에 의해 수행되었습니다. 관성 질량과 중력 질량은 절대적으로 동일하다는 것이 밝혀졌습니다. 아인슈타인에게 이것은 전기장과 자기장처럼 중력과 관성이 같은 패턴을 따라야 한다는 증거였습니다. 힘의 영향으로 우리는 물리학에서 가속도라고 하는 속도의 값이나 방향을 변경합니다. 가속은 속도의 변화이며 속도는 항상 상대적입니다. 운동 자체가 상대적이므로 가속도도 상대적이어야 합니다.
우리가 살고 측정하는 곡면인 지구의 예에서 영감을 받은 아인슈타인은 기하학이 허용하는 유일한 가능성이 평평한 면이 아니라는 것을 알고 있었습니다. 4차원 시공간이 평면이 아닌 경우 외부 간섭이 없고 따라서 고전 물리학 법칙에 따라 직선으로 움직이는 물체의 궤적은 곡선이어야 합니다.
일부 시스템에서는 중력으로, 다른 시스템에서는 관성으로, 모델에서는 단순히 공간의 곡률로 설명할 수 있습니다. 인접한 평행선로 또는 동일한 선로를 일정한 간격으로 주행하는 두 열차가 충돌할 수 있습니다.
병렬성과 직접성의 개념은 물론 시간의 개념도 재고할 필요가 있었다. 공간이 구부러져 있기 때문에 빛도 그러한 곡선에서 구부러져야 합니다. 곡률은 중력과 같은 효과를 발생시켜야 하기 때문에 각 질량은 시공간의 불균일성을 생성하여 예를 들어 시간의 흐름에 영향을 주어야 합니다.
이러한 결론 중 많은 부분이 실험적으로 확인되었습니다. 예를 들어 수성 궤도의 가장 가까운 지점과 가장 먼 지점의 고르지 않은 시간의 흐름으로 인해 느린 변화가 발생하거나 다른 거대한 우주 물체 뒤에 숨겨진 별을 볼 수 있는 능력이 있습니다. 다른 많은 사람들은 여전히 확인을 기다리고 있습니다.
