우주 과학 12편 상대성이론 빛의 속도 만큼 빠르게 달리면 시간이 느려지나요?

상대성이론

상대성이론이란 특수상대성이론과 일반상대성이론 두가지 이론으로 이루어져있는데요, 간단하게 설명하자면 빛의 속도만큼 빠르게 움직이면 시간이 느리게 가고 질량이 무한히 커지면 중력이 무한히 강해진다는 내용입니다. 이처럼 우리 주변에서도 상대성이론을 찾아볼 수 있는데요, 어떤것들이 있는지 알아볼까요?

상대성이론 빛의 속도 만큼 빠르게 달리면 시간이 느려지나요?

네 그렇습니다. 아인슈타인 박사님께서 발표하신 특수상대성이론에 따르면 광속에 가깝게 운동하면 시간이 천천히 흘러갑니다. 실제로 우주선 안에서는 지구에서의 1년이 7개월밖에 되지 않는다고 해요. 또한 움직이는 물체안에서 밖을 바라보면 정지해있는 사람과는 다르게 움직임이 눈에 보이지 않습니다. 이것 역시 같은 원리라고 하네요.

질량이 크면 중력이 세지나요?
네 그렇습니다. 마찬가지로 아인슈타인 박사님께서 발표하신 일반상대성이론에 따르면 질량이 큰 물체일수록 중력이 크게 작용한다고 합니다. 예를들어 사과나 달같은 경우 엄청난 중력을 가지고 있죠. 따라서 우주정거장 내부에선 외부와는 다르게 모든 물건이 둥둥 떠다니고 심지어 천장까지도 날아다닌다고 합니다.

상대성이론이란 쉽게 말해서 시간과 공간 개념을 완전히 뒤집어버린 이론입니다. 아인슈타인이 발표한 이 이론은 당시 사람들에게 엄청난 충격을 주었고, 지금까지도 과학계에서는 절대적인 위치를 차지하고 있죠. 하지만 아직까지도 많은 부분들이 미스테리로 남아있어 앞으로의 연구가 기대되는 이론이기도 합니다. 그렇다면 도대체 어떤 내용이길래 이렇게 오랜시간동안 사랑받고 있는지 같이 알아볼까요?

아인슈타인하면 떠오르는 공식인 E=mc^2 은 무슨 뜻인가요?

E=mc^2 는 에너지(E) = 질량(m) x 빛의 속도(c)^2 라는 뜻이에요. 즉 에너지는 질량 곱하기 빛의 속도의 제곱이라는 거죠. 예를 들어 우리가 100kg짜리 물체를 10km/s 로 던지면 운동에너지가 1J 발생하는데, 이때 단위로는 kg*m/s^2 이라는 J단위를 사용하게 됩니다. 따라서 m값이 커지면 커질수록 같은 힘이라도 큰 에너지를 낼 수 있다는 걸 알 수 있겠죠?

특수상대성이론에서의 광속불변의 법칙은 왜 성립하나요?
빛의 속도는 항상 일정하다는 말 많이 들어보셨죠? 특수상대성이론에서도 마찬가지로 적용되는데요, 간단하게 설명하자면 움직이는 물체 안에서나 밖에서나 모두 빛의 속도는 동일해야한다는 겁니다. 만약 그렇지 않다면 서로 다른 두 장소에서 관측했을 때 물리법칙이 다르게 적용될테니까요. 이게 어떻게 가능하냐구요? 아래 그림을 보면서 이해해볼까요?
그림처럼 우주선 A안에서 공을 발사했다고 가정해봅시다. 그러면 지구상에선 B라는 지점에서 공이 보일텐데요, 반대로 우주선B 에서 봤을때는 C라는 지점에서 공이 보이게 되겠죠? 자 이제 다시 처음으로 돌아와서 이번엔 우주선A 가 정지해있다고 해봅시다. 그러면 역시나 똑같은 현상이 벌어지겠죠? 결국 둘다 동시에 출발했기 때문에 어디서든 똑같이 보인다는 결론이 나오게 됩니다. 이것이 바로 광속불변의 법칙이랍니다.

일반상대성이론은 뭐고 특수상대성이론은 뭔가요?
위에서 알아본 특수상대성이론은 등속운동에서만 적용된다는 한계점이 있었어요. 그래서 이를 보완하고자 나온것이 바로 일반상대성이론이죠. 중력장 내에서 일어나는 모든 일들을 설명하려는 시도라고 보시면 되는데요, 뉴턴역학으로는 설명되지 않는 현상들을 해결하려고 한 이론이기 때문에 더욱 복잡하고 어려운 이론이지만 그만큼 다양한 분야에서 활용되고 있답니다.

아이슈타인 하면 떠오르는 단어는 천재, 노벨상, 상대성이론 등 여러가지가 있지만 저는 ‘상대성이론’이라는 단어가 가장 먼저 떠올라요. 아인슈타인은 1905년 특수상대성이론과 1916년 일반상대성이론을 발표하면서 세계 물리학계에 큰 파장을 일으켰는데요. 특히나 이 이론들을 통해서 시간과 공간 개념 자체를 완전히 바꿔버렸죠. 이렇게 우리에게 많은 영향을 끼친 아인슈타인이지만 정작 자신은 괴짜 과학자라는 평가를 받았다고 해요. 심지어 미국에서는 “아인슈타인 같은 사람이 대통령이 되면 세상이 망할 것이다” 라는 말까지 나올 정도였다고 하네요. 하지만 그런 아인슈타인에게도 유일하게 인정받은 분야가 있었으니.. 그것은 바로 수학입니다. 무려 미적분학과 확률론을 창시했다고 하는데요. 어떻게 그럴 수 있었을까요?

수학이라면 지긋지긋한데 왜 배워야할까요?
저도 어렸을 때 부터 수학을 싫어했는데요. 지금까지도 싫어하는 과목 중 하나랍니다. 그렇지만 모든 학문들이 그렇듯 수학 역시 기초가 튼튼해야 응용문제도 풀 수 있고 문제해결능력도 기를 수 있답니다. 그래서 초등학교때부터 고등학교 졸업할 때 까지 꾸준히 공부하는데요. 물론 재미있는 부분도 많지만 대부분 어렵고 지루하기 때문에 포기하는 경우가 많죠. 그렇기 때문에 처음부터 흥미를 잃지 않도록 하는것이 중요하답니다. 제가 추천드리는 방법은 일단 좋아하는 주제인 영화나 만화 속 주인공 또는 캐릭터를 설정해서 같이 풀어보는 거예요. 예를 들어 해리포터 시리즈라면 마법사 친구들끼리 서로 도와가며 문제를 해결한다던지, 마블시리즈라면 히어로끼리 힘을 합쳐 악당을 물리친다던지 등등 다양한 방식으로 접근하면 조금이나마 쉽게 다가갈 수 있지 않을까요?

미적분이랑 확률론은 도대체 뭐길래 그렇게 어려운거죠?
고등학교 2학년 과정부터는 본격적으로 문과 이과 계열이 나뉘면서 선택과목을 골라야되는데요. 이때 문과는 사회탐구영역(한국지리,세계지리,경제,사회문화,윤리와사상)중 택 1, 이과는 과학탐구영역(물리,화학,생명과학,지구과학)중 택 2 를 하게 됩니다. 이중에서도 제일 어려워하는 과목이 바로 미적분과 확률론이죠. 왜냐하면 미분은 그래프 개형을 파악하거나 함수의 기울기 값을 구하는 데 쓰이고, 적분은 넓이를 구하거나 부피를 구하는 데 쓰이기 때문이에요. 그리고 확률론은 주사위를 던졌을 때 나오는 눈의 개수를 예측한다거나 동전을 던졌을 때 앞면이 나올지 뒷면이 나올지 맞추는 게임처럼 어떤 사건이 일어날지 알아내는 걸 말해요. 즉, 복잡한 수식 계산보다는 실생활에서의 경험을 토대로 논리적으로 사고하는 게 훨씬 도움이 된다는 뜻이죠.

오늘은 현대인들의 필수품 스마트폰 없이 살 수 있을까? 에 대한 내용이었어요. 여러분 모두 핸드폰없이 하루라도 살아보신 적 있으신가요? 아마 없으실텐데요. 그만큼 이제는 뗄레야 뗄 수 없는 존재가 되어버린 스마트폰! 그렇다면 앞으로는 과연 어떨까요? 이미 수많은 기업들이 자율주행차 개발에 열을 올리고 있죠. 만약 상용화가 된다면 운전면허증 대신 자동차 면허증이 생길지도 몰라요. 또한 드론택배 서비스도 머지않아 현실화 될 예정이랍니다. 이렇듯 4차 산업혁명 시대엔 인공지능 기술이 발전함에 따라 인간의 삶이 더욱 편리해질 전망이니 너무 걱정하지 않으셔도 된답니다. 그러니 미래기술에 대해 미리미리 준비한다면 보다 나은 내일을 맞이할 수 있겠죠? 이상으로 포스팅을 마치겠습니다. 감사합니다~