M0 은 정지 질량으로, 정지 질량이라고 합니다. 어떤 물체의 속도도 광속 C. ⑤ 물체의 질량 M 과 에너지 E 는 질에너지 관계 E=mc2 를 만족시킬 수 없다. 상술한 결론은 현재의 실험 사실과 일치하지만, 고속 운동할 때만 효과가 현저하다. 일반적으로 상대성론 효과는 매우 작기 때문에 고전 역학은 저속 상대성론 역학의 근사치로 볼 수 있다. 19 16 년, 일반 상대성 이론이 성립되었다. 그것의 기본 원리는: (1) 일반 상대성 이론 원리, 즉 자연 법칙이 어떤 참조 시스템에서도 같은 수학적 형태로 표현될 수 있다는 것이다. (2) 등가 원리, 즉 작은 볼륨 범위 내의 중력은 가속 시스템의 관성력과 동등합니다. 앞서 언급한 원리에 따르면 중력은 물질의 존재와 일정한 분포로 인해 시공간의 질량이 고르지 않아 발생한다. 중력장 이론이 성립되다. 협의상대성론은 광의상대성론이 중력장이 약할 때의 특례이다. 광의상대성론에서 수성의 근일점 세차 법칙과 같은 중요한 결론을 도출할 수 있다. 중력장에서 빛이 휘어집니다. 강한 중력장의 시계가 느려집니다 (또는 중력장의 스펙트럼이 빨간색 끝으로 이동함). 이러한 결론은 이후의 관찰 결과와 거의 일치한다. 최근 몇 년 동안, 광의상대성론의 결론은 레이더파가 태양중력장에서 앞뒤로 전파되는 시간 지연을 측정함으로써 더욱 정밀하게 확인되었다. 상대성 이론은 중대한 역사적 의의를 가지고 있지만, 아직 연구해야 할 많은 문제들이 있다.
상대성 이론의 약사
스티븐? 호킹 [미국 학자] 자이홍영 장란 번역
19 세기 후반에 과학자들은 우주에 대한 그들의 완전한 묘사가 곧 끝날 것이라고 생각한다. 그들은 공간이' 이더넷' 이라는 연속 매체로 가득 차 있다고 상상했다. 공기 중의 음파처럼 빛과 전자기 신호는' 이더넷' 의 파동이다.
그러나, 공간이 완전히' 이더넷' 으로 가득 차 있다는 생각과는 반대로,' 이더넷' 이론에 따르면 빛의 전파 속도는' 이더넷' 에 비해 일정한 값이어야 하므로, 만약 당신이 빛의 전파 방향과 일치한다면, 당신이 측정한 광속은 정지 상태에서 측정한 광속보다 낮아야 합니다. 반대로, 당신의 행진 방향이 빛의 전파 방향과 반대라면, 당신이 측정한 빛의 속도는 정지 상태에서 측정한 빛의 속도보다 높아야 합니다. 그러나, 일련의 실험은 빛의 속도의 차이에 대한 증거를 발견하지 못했다.
이 실험에서 Ahlport 는? 마이클슨과 에디 워드? 머레이가 미국 오하이오 주 클리블랜드에 있는 케이스 연구소 (Case Institute) 에서 1887 에서 측정한 측정이 가장 정확하고 상세하다. 그들은 두 개의 직각 빔의 전파 속도를 비교했다. 회전축을 중심으로 자전하고 태양 주위를 공전하기 때문에, 추리에 따르면 지구는' 이더넷' 을 통과해야 하기 때문에 직각의 두 줄기 빛은 지구의 운동으로 인해 다른 속도로 측정해야 한다. 머레이는 낮과 밤, 겨울과 여름에도 이 두 빛의 속도 차이가 발생하지 않는다는 것을 발견했다. 네가 운동을 하든 안 하든, 빛은 항상 너와 같은 속도로 전파되는 것 같다.
아일랜드 물리학자 조지? 피츠제럴드와 네덜란드 물리학자 헨 탁크? 로렌즈는 처음으로' 이더넷' 운동에 상대적인 물체의 크기는 운동 방향으로 수축하고,' 이더넷' 운동에 상대적인 시계는 느려진다고 생각했다. 에테르에 관해서는, 당시 피츠제럴드와 로렌츠는 그것이 진정한 물질이라고 생각했다.
당시 알포터라는 사람은 스위스 수도 베른의 스위스 특허국에서 일했다. 아인슈타인의 젊은이들은' 에테르' 이론에 개입하여 빛의 전파 속도 문제를 단번에 해결했다.
아인슈타인은 문장 1905 에서 자신이' 이더넷' 에 상대적으로 움직이고 있는지 여부를 감지할 수 없기 때문에 전체' 이더넷' 의 개념이 불필요하다고 지적했다. 반면 아인슈타인은 모든 자유활동 관찰자에게 과학법칙은 같은 형태를 가져야 한다고 생각한다. 관찰자가 어떻게 움직이든 간에 같은 광속을 측정해야 한다.
아인슈타인의 생각은 사람들이 모든 시계 측정 시간의 보편적인 개념을 포기할 것을 요구한다. 그 결과, 모든 사람은 자신의 시간 가치를 가지고 있다. 만약 두 사람이 상대적으로 정지한다면, 그들의 시간은 같다. 만약 그들 사이에 상호 운동이 있다면, 그들이 관찰하는 시간은 다르다.
대량의 실험은 아인슈타인의 생각이 정확하다는 것을 증명했다. 지구를 중심으로 회전하는 정확한 시계는 시간 지시에 있어서 실험실에 보관되어 있는 정확한 시계와는 확실히 다르다. 수명을 연장하려면 비행기를 타고 동쪽으로 날아갈 수 있어 지구가 자전하는 속도를 중첩시킬 수 있다. 어차피 0 시 몇 초의 수명 연장을 받을 수 있고 항공식품 섭취로 인한 피해를 보완할 수 있다.
아인슈타인의 전제는 자연의 법칙이 모든 자유운동의 관찰자에게 동일하다는 것이다. 이것이 상대성론의 기초이다. 그 이유는 이 전제가 상대적 운동만이 중요하다는 것을 의미하기 때문이다. 상대성 이론의 완전성과 간결함으로 많은 과학자와 철학자를 설득했지만 여전히 반대하는 의견이 많다. 아인슈타인은 19 세기에 자연과학의 두 가지 절대 개념을 포기했다:' 이더넷' 에 의해 암시된 절대 정지와 모든 시계에 의해 측정된 절대 또는 우주 시간. 상대성 이론은 모든 것이 상대적이며 더 이상 개념적인 절대 기준이 없다는 것을 의미합니까?
이 불안은 1920 년대부터 1930 년대까지 계속되었다. 192 1 년, 아인슈타인은 광전효과에 대한 공헌으로 노벨 물리학상을 받았다. 하지만 상대성 이론의 복잡성과 논란으로 노벨상 수여에는 상대성 이론이 언급되지 않았다.
지금까지, 나는 여전히 매주 두세 통의 편지를 받았는데, 나에게 아인슈타인이 틀렸다는 것을 알려주었다. 그럼에도 불구하고 상대성 이론은 현재 과학계에 의해 완전히 받아들여지고 있으며, 그 예언은 무수한 실험에 의해 증명되었다.
상대성 이론의 중요한 결과 중 하나는 질량과 에너지의 관계이다. 아인슈타인은 모든 관찰자의 광속이 같다고 가정하는데, 이는 빛의 속도보다 더 빠른 것은 없다는 것을 의미한다. 입자나 우주선에 지속적으로 에너지를 공급하면 어떻게 될까요? 가속되는 물체의 질량이 증가하여 다시 가속하기 어렵다. 입자를 빛의 속도로 가속시키는 것은 불가능하다. 왜냐하면 무한한 에너지가 필요하기 때문이다. 질량과 에너지의 동등한 관계는 아인슈타인이 그의 유명한 질능 방정식' E = mc2' 에서 총결한 것으로, 이는 거리의 여성과 아이들에게 알릴 수 있는 유일한 물리 방정식일 수 있다.
우라늄 핵이 두 개의 작은 핵으로 분열될 때, 미세한 품질 결함으로 인해 엄청난 에너지를 방출한다. 이것은 질량 에너지 방정식의 많은 결론 중 하나입니다. 1939, 제 2 차 세계대전의 먹구름이 짙게 깔려 있었고, 핵분열 반응 응용을 실현한 과학자들이 아인슈타인에게 평화주의자로서의 양심의 가책을 극복하고 당시 미국 대통령 프랭클린에게 넘겨주도록 설득했다. 드라노? 루즈벨트는 미국이 핵 연구 프로그램을 시작하도록 설득하는 편지를 써서 맨해튼 계획과 1945 히로시마 상공에 원자폭탄이 폭발하게 했다. 원자폭탄 때문에 아인슈타인이 질량과 에너지의 관계를 발견했다고 비난했지만, 이런 비난은 비행기 추락 때문에 뉴턴이 만유인력을 발견했다고 비난하는 것과 같다. 아인슈타인은 맨해튼 계획의 어떤 과정에도 참여하지 않았고, 그는 거대한 폭발에 겁을 먹었다.
상대성 이론과 전자기 이론의 관련 법칙이 완벽하게 결합되어 있지만 뉴턴의 만유인력 법칙과는 호환되지 않는다. 뉴턴의 중력 이론에 따르면, 우주에서 물질의 분포를 바꾸면 우주 전체의 중력장이 동시에 변한다. 이는 빛의 속도보다 더 빠른 신호를 보낼 수 있다는 것을 의미할 뿐만 아니라 (상대성론으로는 허용되지 않음), 절대적이거나 보편적인 시간 개념이 필요하다는 것을 보여준다. 이것은 상대성론이 버린 것이다.
아인슈타인은 1907 부터 이 호환되지 않는 어려움을 알고 있었습니다. 당시 그는 본 특허국에서 일했지만 19 1 1 까지 이 문제에 대해 깊이 생각하지 않았습니다. 당시 아인슈타인은 아인슈타인은 가속과 중력장 사이의 밀접한 관계를 깨달았다. 한 사람이 밀폐된 칸막이에서 자신이 바닥에 있는 압력을 분별할 수 없는 것은 그가 지구의 중력장에 있기 때문인가, 아니면 무중력 공간에서 로켓에 의해 가속되었기 때문이다. 이 모든 것은 스타트렉 시대 이전에 일어났습니다. 아인슈타인은 사람들이 우주선이 아니라 엘리베이터에 있다고 생각한다. 그러나 우리는 엘리베이터가 충돌하기를 원하지 않는다면 엘리베이터에서 오랫동안 자유롭게 가속하거나 자유롭게 떨어질 수 없다는 것을 알고 있습니다. ) 지구가 완전히 평평하다면, 중력이 뉴턴의 머리 위에 떨어졌기 때문에 뉴턴이 뉴턴과 지구의 표면이 가속되었기 때문에 뉴턴의 머리가 사과에 부딪쳤다고 할 수 있다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 지구명언) 그러나 지구가 둥글다는 전제하에 가속과 중력의 이러한 등가관계는 더 이상 성립되지 않는다. 지구 맞은편 사람들은 반대 방향의 가속도를 받지만 양쪽 관찰자의 거리는 변하지 않기 때문이다.
19 12 년, 그가 스위스 취리히로 돌아왔을 때 아인슈타인은 영감을 받았다. 그는 실제 기하학에 약간의 조정이 도입되면 중력과 가속도 사이의 동등한 관계가 성립될 수 있다는 것을 깨달았다. 아인슈타인은 3 차원 공간과 4 차원 시간에 의해 형성된 시공간 솔리드가 구부러지면 어떤 결과가 나올까? 그의 생각은 질량과 에너지가 시공간을 구부릴 수 있다는 것인데, 아마도 어떤 면에서는 이미 증명되었을 것이다. 행성이나 사과처럼 물체는 직선으로 움직이는 경향이 있지만 시공간이 중력에 의해 구부러지기 때문에 궤적이 중력에 의해 구부러지는 것 같습니다.
그의 친구 마샬 이후? 글로스만의 도움으로 아인슈타인은 구부러진 공간과 표면의 이론을 배웠는데, 이 추상적인 이론들은 베른하르드에서 배웠습니까? 리만은 그것들을 개발할 때 그들이 현실 세계와 연관이 있을 줄은 전혀 생각하지 못했다. 19 13 년, 아인슈타인과 그루스만이 공동으로 발표한 한 문장 중, 그들은 우리가 알고 있는 중력이 시공간이 구부러진 사실의 표현일 뿐이라는 견해를 제시했다. 하지만 아인슈타인의 실수 때문에 (아인슈타인은 실물이고, 그도 실수를 할 수 있다), 시공간의 구부러진 곡률과 그 안에 포함된 에너지의 질 사이의 관계 방정식을 찾아내지 못했다.
그가 베를린에 있을 때 아인슈타인은 이 문제를 계속 연구했다. 그는 가정 분쟁이 없고, 기본적으로 전쟁의 영향을 받지 않았다. 1915438+01년 6 월, 아인슈타인은 마침내 시공간의 굽힘과 그 안에 포함된 에너지 질량의 관계 방정식을 발견했다. 19 15 년 여름, 아인슈타인은 괴팅겐 대학을 방문하는 동안 수학자 데이비드와 함께? 힐버트는 그의 생각을 토론했고, 힐버트는 아인슈타인 며칠 전에 같은 방정식을 발견했다. 하지만 힐버트가 인정한 바와 같이, 이 새로운 이론의 영예는 아인슈타인에게 속하며, 그는 중력을 구부러진 시공간과 연결시켰다. 우리는 또한 문명화된 독일에 감사해야 한다. 바로 그것이 있었기 때문이다. 당시 전쟁 기간 동안 이런 과학적 토론과 교류는 여전히 영향을 받지 않고 진행될 수 있었다. 이것은 20 년 후에 일어난 일 (제 2 차 세계대전, 편집자 주 참조) 과 큰 대조를 이루었다!
새로운 곡선시공이론은' 광의상대성론' 이라고 불리며 중력을 포함하지 않는 원시 이론과 구별되는데, 그 이론은' 협의상대성론' 으로 개명되었다. 19 19 년,' 광의상대론' 은 당시 서아프리카로 갔던 영국 과학시찰대가 일식 때 하늘에서 태양 근처의 별의 작은 움직임을 관찰했다는 장관으로 증명되었다. 아인슈타인이 예언한 바와 같이, 별에서 나오는 빛은 태양 근처를 지날 때 태양의 중력에 의해 휘어진다. 이것은 시공간의 곡률을 증명하는 직접적인 증거이다. 기원전 300 년 유클리드가 그의' 원본' 을 완성한 이래, 이것은 인류가 자신이 우주에 존재한다는 것을 인식하는 가장 큰 혁명적인 쇄신이다.
아인슈타인의' 광의상대론' 은' 시공간' 을 수동적인 사건 배경에서 동적 우주의 주동적인 참여자로 바꿔 과학의 최전방에 큰 어려움이 생겼는데, 이 문제는 20 세기 말에도 해결되지 않았다. 우주는 물질로 가득 차 있는데, 이로 인해 시공간의 굽힘이 생겨 물체가 함께 모이게 되었다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 우주명언) 아인슈타인은' 일반 상대성 이론' 으로 정적 우주를 해석할 때 그의 방정식이 풀리지 않는 것을 발견했다. 그의 방정식을 정적 우주에 적응시키기 위해 아인슈타인은 모든 물체를 분리하기 위해 시공간을 다시 구부린' 우주 상수' 라는 항목을 추가했다. 우주 상수가 도입한 밀어내기 효과는 균형 물체의 상호 흡인을 유도하고 우주의 장기 균형을 허용한다.
사실, 이것은 이론 물리학 역사상 인류가 잃어버린 가장 큰 기회 중 하나가 되었다. 아인슈타인이' 우주 상수' 를 융통성 있게 도입하는 것이 아니라 이 방향으로 계속 노력한다면, 그는 우주가 팽창할지 수축할지 예측할 수 있을 것이다. 그러나 1920 년대까지 윌슨 산에 있는 100 인치 망원경은 우리에게서 더 먼 은하가 더 빠른 속도로 우리에게서 멀어지고 있다는 것을 관찰했을 때 비로소 시간이 지남에 따라 우주가 변할 가능성을 진지하게 고려하기 시작했다. 즉, 시간이 지남에 따라 우주가 팽창하고 있으며, 두 은하 사이의 거리는 꾸준히 증가하고 있습니다. 아인슈타인은 나중에' 우주상수' 라는 명제를 그의 일생에서 가장 심각한 실수라고 불렀다.
광의상대성론' 은 우주의 기원과 귀착점에 대한 사람들의 토론 방향을 완전히 바꾸었다. 정적 우주는 영원히 존재할 수도 있고, 과거의 어느 시점에서 이 정적 우주가 생겨났을 때 이미 지금의 형태일 수도 있다. 반면에, 은하가 지금 서로 멀어지고 있다면, 그들은 과거에 서로 가까워야 한다. 약 6543.8+05 억 년 전, 그들은 심지어 서로 접촉하여 서로 겹칠 수도 있었고, 그 밀도는 무한할 수도 있었다. 일반 상대성 이론에 따르면 빅뱅은 우주의 기원과 시간의 시작을 상징한다. 이런 의미에서 아인슈타인은 과거 100 년 중 가장 위대한 인물일 뿐만 아니라 더 긴 시간 동안 존경받을 만하다.
블랙홀에서는 공간과 시간이 너무 휘어져서 블랙홀이 모든 빛을 흡수하고 빠져나갈 빛이 없다. (윌리엄 셰익스피어, 블랙홀, 블랙홀, 블랙홀, 블랙홀, 블랙홀, 블랙홀, 블랙홀, 블랙홀) "일반 상대성 이론" 그러므로 예측 시간은 블랙홀에서 끝나야 한다. 그러나, 일반 상대성 이론의 방정식은 시간 시작과 끝 두 극단적인 상황에는 적용되지 않는다. 따라서이 이론은 빅뱅에 무슨 일이 일어 났는지 밝힐 수 없습니다. 어떤 사람들은 이것이 하느님의 만능의 상징이라고 생각하는데, 하느님은 자신이 원하는 방식으로 우주를 창조하실 수 있다.
하지만 나 자신을 포함한 다른 사람들은 우주의 기원이 언제든지 성립되는 보편적인 원칙에 복종해야 한다고 생각한다. 우리는 이미 이 방향으로 약간의 진전을 이루었지만, 우리는 여전히 우주의 기원을 완전히 이해하지 못하고 있다. 일반 상대성 이론이 빅뱅에 적용될 수 없는 이유는 20 세기 초의 또 다른 위대한 개념 돌파구인 양자 이론과 호환되지 않기 때문이다. 양자 이론은 1900 년에 처음 제안되었는데, 맥스가? 플랑크는 홍열 물체에서 나오는 방사선이 특정 크기의 에너지 단위에서 나오는 빛으로 해석될 수 있다는 것을 발견했다. 플랑크는 이를 양자라고 부른다. 예를 들어 방사선은 설탕 한 봉지와 같다. 슈퍼마켓에서는 사고 싶은 만큼 살 수 없다. 세트 한 근만 살 수 있어요. 아인슈타인이 1905 년에 쓴 논문에서 플랑크의 양자 가설은 광전효과를 설명할 수 있다. 즉, 일부 금속은 빛을 받을 때 전자를 방출한다. 이런 효과는 현대광 탐지기와 TV 촬영 앱의 기초이기 때문에 아인슈타인은 192 1 의 노벨상을 수상했다.
아인슈타인은 1920 년대까지 양자 사상을 연구했다. 당시 워너는 코펜하겐에 있었니? 케임브리지의 폴 하이젠버그? 취리히의 디락과 에번? 슈뢰딩거는 양자 메커니즘을 제시하여 현실의 새로운 그림을 보여 주었다. 그들의 이론에 따르면, 작은 입자는 더 이상 일정한 위치와 속도를 가지고 있지 않다. 반대로 작은 입자의 위치가 정확할수록 속도 측정이 더 정확하지 않습니다. 반대의 경우도 마찬가지입니다.
아인슈타인은 이 기본 법칙의 임의성과 예측할 수 없는 섹시함에 곤혹스러워 결국 양자 메커니즘을 받아들이지 못했다. 그의 유명한 격언' 신은 주사위를 던지지 않는다' 는 이 느낌을 표현했다. 그럼에도 불구하고, 대부분의 과학자들은 양자 메커니즘의 새로운 법칙을 받아들이고 적용 가능성을 인정했습니다. 왜냐하면 이 법칙들은 실험 결과와 잘 일치할 뿐만 아니라 이전에 해석할 수 없었던 많은 현상을 설명할 수 있기 때문입니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 이 법칙들은 당대 화학, 분자생물학, 전자학의 발전의 기초가 되었으며 반세기 동안 전 세계를 변화시킨 과학 기술의 초석이기도 하다.
1933 년 나치가 독일을 통치했고 아인슈타인은 이 나라를 떠나 독일 국적을 포기했다. 그는 뉴저지 주 프린스턴에 있는 고등과학연구소에서 생명의 마지막 22 년을 보냈다. 나치는' 유대 과학' 과 유대인 과학자들을 반대하는 운동을 시작했는데 (유대인 과학자들을 추방하는 것은 독일이 원자폭탄을 만들 수 없는 이유 중 하나), 아인슈타인과 그의 상대성 이론이 이 운동의 주요 목표였다. 아인슈타인은' 100 과학자 반대 아인슈타인' 이라는 책을 출판했다는 말을 들었을 때 왜 100 이었을까? 하나는 내가 정말 틀렸다면 내가 틀렸다는 것을 증명하기에 충분하다.
제 2 차 세계 대전 후, 그는 동맹국에게 핵무기를 통제하기 위한 글로벌 조직을 세우라고 촉구했다. 1952 년에 그는 새로 설립된 이스라엘에 대통령직을 수여받았지만 거절했다. 정치는 일시적이다. "라고 그가 썼다." 방정식은 영원하다. "" 일반 상대성 이론의 방정식은 그의 최고의 묘비명과 풍비이다. 우주와 함께, 그것들은 영원히 쇠퇴하지 않을 것이다.
지난 100 년 동안 세계는 전례 없는 변화를 겪었다. 그 이유는 정치나 경제가 아니라 과학기술에 있다. 선진 기초과학 연구에서 직접 나온 과학기술이다. 아인슈타인보다 이 과학의 선진성을 더 대표할 수 있는 과학자는 없다.