사실 아인슈타인의 상대성 이론은 개념 확립에 더 초점을 맞추고 그다지 복잡한 계산이 필요하지 않습니다. 그러나 사람들은 관성적인 사고에 쉽게 흔들리는 경우가 많기 때문에 새로운 세계관을 확립하는 것은 매우 어렵습니다.

아인슈타인이 시대를 심각하게 앞선 이 이론을 어떻게 도출했는지 살펴보자.

사실 이 이론의 발견 과정은 1922년 12월 14일 일본 교토에서 아인슈타인이 한 연설에서 언급됐다.

내가 처음으로 상대성 이론을 고려한 것은 ​​​​원리는 아마 17년 전쯤이었을 겁니다. 어디서 나온 것인지는 모르겠지만 움직이는 물체의 광학적 문제와 관련이 있는 것이 분명합니다. 빛은 에테르 바다를 통과하고, 지구는 에테르 바다를 통과합니다. 지구의 관점에서 보면 에테르는 지구를 기준으로 흐르고 있습니다. 그러나 어떤 물리학 책에서도 에테르 흐름에 대한 증거를 찾을 수 없었습니다. 이로 인해 나는 지구의 움직임으로 인해 발생하는 지구에 대한 에테르의 흐름을 증명할 수 있는 가능한 방법을 찾고 싶었습니다. 이 문제에 대해 생각하기 시작했을 때 나는 에테르의 존재나 지구의 운동에 대해 의심의 여지가 없었습니다. 그래서 광원에서 나온 빛이 거울에 제대로 반사된다면 그것이 지구의 운동 방향으로 움직이는지 반대 방향으로 움직이는지에 따라 에너지가 달라져야 한다고 예측했습니다. 두 개의 서모파일을 이용하여 각 서모파일에서 발생하는 열의 차이를 측정하여 이를 검증해 보았습니다. 그 아이디어는 마이컬슨의 실험과 같았지만 당시 그의 실험에 대한 나의 이해는 명확하지 않았습니다.

이 질문을 고민하는 학생이었을 때 나는 이미 마이컬슨의 실험의 이상한 결과에 익숙했고 그의 결과를 사실로 받아들일 수 있다면 지구가 상대적으로 에테르 운동에 대한 생각은 단지 잘못된 것입니다. 이 통찰은 실제로 현재 특수 상대성 이론으로 알려진 것으로 이어지는 첫 번째 길을 제공했습니다. 그 이후로 나는 지구가 태양 주위를 돈다고 해도 지구의 운동을 빛을 이용해 실험적으로 확인할 수는 없다고 믿게 되었습니다.

그 무렵 우연히 로렌츠의 1895년 논문을 읽을 기회가 생겼다. 로렌츠는 전기역학을 1차 근사, 즉 움직이는 물체의 속도와 빛의 속도의 비율을 무시한 2차 및 고차 수량에 대해 완전히 풀었습니다. 나는 또한 Fizeau 실험의 문제를 연구하기 시작했고 진공 좌표계를 움직이는 물체의 좌표계로 대체하면 Lorentz가 확립한 전자 방정식이 Fizeau 실험의 문제를 설명하는 데 여전히 유효하다는 가설을 세웠습니다. 어쨌든 당시 나는 전기역학의 맥스웰-로렌츠 방정식이 타당하고 사건의 실제 상태를 설명한다고 믿었습니다. 더욱이 방정식은 움직이는 좌표계에서도 성립하며 빛 속도의 불변성이라는 주장을 제시합니다. 그러나 이러한 빛 속도의 불변성은 역학에서 알려진 속도 추가 법칙과 양립할 수 없습니다.

왜 이 두 가지가 서로 모순되는 걸까요? 나는 여기서 특이한 어려움에 직면했다고 느낀다. 나는 그것에 대해 생각하면서 거의 1년을 보냈고, 로렌츠의 견해를 어느 정도 수정해야 한다고 생각했지만 헛수고였습니다. 나는 이것이 해결하기 쉬운 미스터리가 아니라는 것을 인정해야 합니다.

우연히 베른(스위스)에 사는 친구가 도와줬다. 좋은 하루였습니다. 내가 그 사람을 찾아갔을 때 내가 그 사람에게 한 말은 아마도 “요즘 문제로 어려움을 겪고 있는데 아무리 노력해도 해결이 안 되네요. 오늘은 이 문제를 여러분께 가져왔습니다.”였을 것입니다. 그와의 많은 토론. 이러한 논의를 통해 문득 이런 생각이 들었습니다. 다음날 나는 그를 다시 방문하여 "고마워요. 내 문제를 완전히 해결했습니다."라고 간단히 말했습니다.

내 해결책은 사실 시간 개념과 관련이 있습니다. 요점은 시간에 대한 절대적인 정의는 없으며 오히려 시간과 신호 속도 사이에는 뗄 수 없는 관계가 있다는 것입니다. 이 아이디어를 사용하여 이전에 일반적이지 않았던 어려움을 처음으로 완전히 해결할 수 있었습니다.

이 아이디어를 얻은 뒤 5주 만에 특수상대성이론을 완성했다. 나는 이 이론이 철학적 관점에서도 매우 자연스럽다는 것을 의심하지 않는다. 나는 또한 그것이 마하의 주장과 잘 일치한다는 것을 깨달았습니다.

특수상대성이론은 분명 마하의 견해와 직접적인 관련이 없지만, 나중에 일반상대성이론으로 해결된 문제와 마찬가지로 마하의 다양한 과학적 개념 분석과 간접적으로 관련되어 있다고 할 수 있다.

이렇게 특수상대성이론이 나왔다. 그리고 일반 상대성 이론이 있습니다.

일반 상대성 이론에 대한 첫 번째 아이디어는 2년 후인 1907년, 기억에 남는 상황에서 나타났습니다.

운동의 상대성은 상대적으로 균일한 운동에 국한되며 무작위 운동에는 적용되지 않습니다. 나는 이 제한을 제거할 수 있는 어떤 방법이 있는지 항상 은밀하게 궁금해했습니다.

1907년에 나는 Jahrbuch der Radioaktivitätund Elektronik(방사능 및 전자 연대기)의 편집자인 Mr. Stark의 요청으로 Jahrbuch의 특수 상대성 이론의 결과를 요약하려고 했습니다. 그제서야 나는 다른 모든 자연 법칙은 특수 상대성 이론으로 논의될 수 있지만 이 이론은 중력 법칙에 적용될 수 없다는 것을 깨달았습니다. 나는 그 이유를 알아내려는 강한 열망을 가지고 있었습니다. 하지만 이 목표를 달성하는 것은 쉽지 않습니다. 특수 상대성 이론에서 제가 가장 불만스러운 점은 이 이론이 관성과 에너지의 관계를 완벽하게 제시할 수 있음에도 불구하고 관성과 무게의 관계, 즉 중력장의 에너지에 대해서는 아직 완전히 불분명하다는 점입니다. 특수상대성이론에서는 전혀 설명이 없을 수도 있겠다는 생각이 듭니다.

베른 특허청 의자에 앉아 있다가 문득 '사람이 자유롭게 넘어진다면 당연히 자신의 무게를 느끼지 못할 것이다'라는 생각이 떠올랐다.

깜짝 놀랐어요. 이러한 단순한 상상은 나에게 큰 충격을 주었고, 새로운 중력이론을 제안하게 된 계기가 되었다. 다음 생각은 '사람이 넘어지면 가속하는 것이다. 그가 관찰하는 것은 가속계에서 관찰하는 것과 다름없다'였다. 여기에서 나는 상대성 이론을 등속운동계에서 가속도계로 일반화하기로 했다. . 나는 이 일반화가 중력 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 이는 떨어지는 사람이 자신의 무게를 느끼지 못하는 현상이 지구의 중력장을 상쇄하는 새로운 추가 중력장으로 설명될 수 있기 때문입니다. 즉, 가속 시스템이 새로운 중력장을 제공하기 때문입니다.

이러한 관점으로는 문제를 즉각적으로 완전히 해결할 수는 없었습니다. 올바른 관계를 찾는 데 8년이 더 걸렸습니다. 그러나 동시에 나는 이 솔루션의 일반적인 기초를 부분적으로 깨닫기 시작했습니다.

마하는 또한 모든 가속 시스템이 동일하다고 주장했습니다. 그러나 이것은 가속 시스템이 허용되면 유클리드 기하학이 모든 시스템에 적용되지 않기 때문에 분명히 우리의 기하학과 일치하지 않습니다. 기하학 없이 법칙을 표현하는 것은 언어 없이 아이디어를 표현하는 것과 같습니다. 우리는 먼저 우리의 생각을 표현하는 언어를 찾아야 합니다. 그렇다면 이 경우 우리는 무엇을 찾고 있습니까?

1912년 이전에는 나는 이 문제를 해결하지 못했습니다. 그해에 나는 갑자기 가우스의 표면 이론이 이 미스터리의 열쇠를 쥐고 있다고 믿을 만한 타당한 이유가 있다는 것을 깨달았습니다. 당시 나는 가우스 표면 좌표가 매우 중요하다는 것을 깨달았습니다. 그러나 리만이 기하학의 기초에 대해 더 깊은 논의를 제공했다는 사실은 몰랐습니다. 우연히 학생시절 가이저라는 수학교수님 수업에서 가우스 이론에 대해 들었던 기억이 납니다. 여기에서 나는 내 아이디어를 발전시켰고 기하학이 물리적인 의미를 가져야 한다는 개념을 떠올렸습니다.

프라하에서 취리히로 돌아왔을 때 나의 좋은 친구이자 수학 교수님인 그로스만(Grossmann)이 그곳에 있었다. 내가 베른 특허청에 있을 때 수학 문헌을 구하기가 어려웠는데 그는 기꺼이 나를 도와주었습니다. 이번에 그는 나에게 리치 이론과 리만 이론을 가르쳐주었다. 그래서 나는 그에게 리만 이론이 실제로 내 문제, 즉 곡선 요소의 불변성이 계수, 즉 내가 찾으려고 했던 계수를 완전히 결정할 수 있는지 여부를 해결할 수 있는지 물었습니다. 1913년에 우리는 논문을 공동 집필했습니다. 하지만 우리는 그 논문에서 중력에 대한 올바른 방정식을 얻지 못했습니다. 계속해서 리만 방정식을 연구하고 다양한 방법을 시도했지만, 단순히 내가 원하는 결과를 얻을 수 없다고 믿게 만드는 여러 가지 이유를 발견했습니다.

2년간의 고된 연구가 이어졌다. 그러다가 마침내 이전 계산에 오류가 있다는 것을 깨달았습니다. 그래서 나는 불변 이론으로 돌아가서 올바른 중력 방정식을 찾으려고 노력했습니다. 2주 후, 마침내 올바른 방정식이 처음으로 내 눈앞에 나타났습니다.

1915년 이후 제가 진행한 연구에 관해서는 우주론적인 질문만 언급하고 싶습니다. 이 질문은 우주 기하학과 시간을 포함하며, 한편으로는 일반 상대성 이론의 경계 조건 처리와 다른 한편으로는 관성에 대한 마하의 관점을 기반으로 합니다. 물론 나는 마흐가 관성의 상대성에 대해 어떻게 생각했는지 정확히 알지 못하지만, 그가 나에게 적어도 한 가지 매우 중요한 영향을 미친 것은 확실합니다.

어쨌든 중력 방정식의 불변 경계 조건을 찾으려고 노력한 끝에 우주를 닫힌 공간으로 취급하고 경계를 제거함으로써 마침내 우주론적 문제를 해결할 수 있었습니다. 이것으로부터 나는 관성이 일부 객체가 공유하는 속성에 지나지 않는다는 결론을 내렸습니다. 특정 물체 옆에 다른 천체가 없으면 그 관성은 확실히 사라질 것입니다. 나는 이것이 일반 상대성 이론을 인식론적으로 만족스럽게 만든다고 믿습니다.

아인슈타인의 설명에서도 이 두 이론이 한꺼번에 도입된 것이 아니라, 몇 가지 실험과 아이디어를 통해 조금씩 도출된 이론이라는 점을 알 수 있는데, 그 탄생 역시 상당한 물리적 기반에 의해 뒷받침된다. .

아인슈타인에 대한 포스터리티의 평가

포스터리티는 아인슈타인이 세계평화에 큰 공헌을 하기 위해 평생 최선을 다한 평화애호가였다고 믿는다. 아인슈타인이 죽기 전에 노력한 결과, 일부 가까운 친척과 친구들은 아인슈타인이 전쟁을 피하기 위해 그리고 숨은 동기를 가진 일부 사람들이 자신의 연구 데이터를 사용하여 무기를 만드는 것을 막기 위해 이렇게 했다고 말했습니다.

사실 아인슈타인이 살아있을 당시 유럽의 과학자들도 아인슈타인에 대해 매우 긍정적인 평가를 내렸습니다. 그들은 모두 아인슈타인이 그 이전의 누구도 할 수 없었던 일을 해냈다고 믿었습니다. 비록 아인슈타인에게는 약간의 실수가 있었지만요. 그러나 그가 세 가지 법칙을 창조하고, 사람들의 세계관과 가치관을 바꾸고, 이후의 기술을 변화시킨 것은 그가 온 인류에 대한 전반적인 공헌을 무시할 수 없는 일입니다.

아인슈타인에 대한 평가는 그의 성격에 초점이 맞춰져 있다. 많은 전문가들은 그가 소심하고 내성적인 사람이자 독단적인 사람이었다고 믿는다. 그리고 그의 이전 거주지를 미래 세대가 존경할 수 있는 박물관으로 만들지 마십시오. 이 과학의 거인은 자신의 죽음 이후에 너무 많은 사람들의 방해를 받고 싶지도 않았고 자신의 죽음이 부정적인 영향을 미치기를 원하지 않았던 것 같습니다. 사람들에게 영향을 미칩니다.