아인슈타인 소개: 1879년 3월 14일은 독일의 작은 마을 울름에게 기억에 남는 날이었습니다. 20세기 최고의 과학자 아인슈타인이 이곳에서 탄생한 날입니다.

아인슈타인의 부모는 유대인이었습니다. 이미 16세기 초, 아인슈타인의 유대인 조상들은 알려지지 않은 곳에서 독일로 이주했습니다. 그러나 그들은 알 수 없는 이유로 갑자기 고대 유대인 이주 전통을 포기하고 대신 독일의 산과 강, 숲과 사랑에 빠져 정착하기 시작했습니다. 아인슈타인의 부모 세대는 약간의 종교적 습관을 제외하고는 실제로 진정한 독일인이 되었습니다. 그들은 독일어를 말하고, 독일을 사랑하고, 독일을 자신들의 조국으로 여기고, 스스로를 독일인으로 여겼습니다.

헤르만 아인슈타인(Hermann Einstein)이라는 이름의 아인슈타인은 실패한 소규모 사업가였습니다. 그가 인생에서 가장 좋아하는 일은 매일 밤 거실에서 쉴러와 하이네의 작품을 읽는 것이었습니다. 그녀의 어머니 이름은 폴린 코커(Pauline Coker)였습니다. 그녀는 유명한 가문에서 태어나 좋은 교육을 받았으며, 문학과 음악을 더욱 사랑했습니다.

아인슈타인은 그런 집안에서 태어났다. 또한 그가 성장한 시기는 인류 역사상 물리학이 가장 급속히 발전한 시기였으며, 아인슈타인이 청년기에 접어든 시기는 토마스 알바 에디슨, 헨드릭 안툰 로렌츠, 피에르 퀴리, 마리 스클로도프스카 퀴리 등이 가장 활발하게 활동한 시기였다. 이때 갈릴레오, 뉴턴 등이 정립한 고전물리학의 이론체계는 약 200년의 우여곡절을 거쳐 에너지 보존과 변환 법칙의 발견, 열역학 및 통계학의 확립으로 인해 엄청난 변화를 겪었다. 특히 패러데이와 맥스웰의 연구로 인해 전자기학의 발견은 점점 더 인류 역사상 가장 위대한 주제가 되고 있습니다.

젊은 아인슈타인은 낡은 전통에 얽매이지 않고 로렌츠 등의 연구 작업을 바탕으로 공간과 시간 등 몇 가지 기본 개념에 근본적인 변화를 가져왔다. 이론의 이러한 근본적인 돌파구는 물리학의 새로운 시대를 열었습니다.

이 이론은 아인슈타인의 평생 연구의 상징이자 그의 상대성 이론이다. 이에 앞서 아인슈타인은 1905년에 쓴 그의 논문 "빛의 생성과 변환에 대하여"에서 플랑크의 양자 개념을 공간에서의 빛의 전파로 처음으로 확장하고 "빛 양자 가설"을 제안했으며 다음과 같이 믿어집니다. 시간 평균 값(즉, 통계 평균 현상)의 경우 빛은 변동으로 동작하고, 순간 값(즉, 변동 현상)의 경우 빛은 입자로 동작합니다. '파동-입자 이중성'으로 알려진 미세입자의 파동과 입자 특성의 통일성이 밝혀진 것은 역사상 처음이다. 물리학의 후속 발전은 파동-입자 이중성이 전체 미시 세계의 가장 기본적인 특징이라는 것을 보여주었습니다. 아인슈타인은 이 발견으로 1921년 노벨 물리학상을 수상했습니다.

상대성이론의 탄생은 아인슈타인이 26세였던 1905년에 출간된 『움직이는 물체의 전기역학』에서 알 수 있다. 솔직히 말해서 아인슈타인의 논문을 이해하는 사람은 거의 없지만 20세기 최고의 논문입니다. 본 논문에서 아인슈타인이 제안한 특수 상대성 이론은 19세기 말에 등장한 고전물리학의 위기를 크게 해결하고 물리이론 전체의 혁명을 촉진시켰다. 19세기 말은 갈릴레오와 I. 뉴턴 이후 확립된 고전 물리학 시스템에 새로운 실험 결과가 영향을 미치는 물리학의 변화의 시기였습니다. 로렌츠(H.A. Lorenz)로 대표되는 구세대 이론물리학자들은 독창적인 이론적 틀을 바탕으로 낡은 이론과 새로운 것 사이의 모순을 해결하려고 노력했다. 아인슈타인은 탈출구가 전체 이론적 기초에 대한 근본적인 변화에 있다고 믿었습니다. 관성기준계의 상대성과 빛의 속도 불변성의 두 가지 보편적 일반화를 바탕으로 그는 고전물리학의 시간, 공간, 운동의 기본 개념을 변형시켜 절대적으로 정적인 공간의 존재와 동시성의 개념을 부정했다. .절대성. 이 이론은 또한 라듐과 같은 방사성 원소가 많은 양의 에너지를 방출할 수 있는 이유를 성공적으로 설명하여 20세기 원자폭탄과 수소폭탄 발명의 이론적 토대를 마련했습니다.

아인슈타인의 세 번째 공헌은 '분자 역학 이론'이었습니다. 아인슈타인은 그의 기사 "분자운동론을 기초로 정지 액체 내 부유 입자의 움직임 연구"에서 원자 이론을 사용하여 "브라운 운동"을 설명했습니다. "브라운 운동"은 액체에 떠 있는 아주 작은 입자의 불규칙한 운동입니다. R. Brown이 처음 발견했습니다.

아인슈타인이 이 이론을 제안한 지 3년 후, 프랑스의 물리학자 J.B. 페랭(J.B. Perrin)은 정밀한 실험을 통해 아인슈타인의 이론적 예측을 확증함으로써 반세기 이상 과학계와 철학계에서 논의되어 왔던 원자의 존재 여부에 대한 의문을 풀어 원자가설을 만들었습니다. 탄탄한 기초를 갖춘 과학 이론.

과학 역사상 세 가지 위대한 발견은 아인슈타인을 코페르니쿠스, 뉴턴, 다윈 등과 동등하게 만들기에 충분합니다. 그러나 아인슈타인이 후세들에게 더욱 칭찬받는 것은 말년에 엄청난 열정으로 사회에 헌신하고, 정치에 관심을 갖고, 전쟁에 반대하고, 평화를 외쳤다는 점이다. 이 시점에서 아인슈타인은 위대한 과학자이자 철학적 탐구 정신을 지닌 뛰어난 사상가였을 뿐만 아니라, 높은 사회적 책임감을 지닌 정직한 사람이었습니다. 제1차 세계대전 동안 그는 공공 및 지하 반전 활동에 참여했습니다. 1933년 나치가 독일에서 권력을 장악한 후, 아인슈타인은 과학계의 주요 박해 대상이었습니다. 다행히 그는 당시 미국에서 강의를 하고 있었고 박해를 받지 않았습니다. 1939년에 그는 우라늄 핵분열과 그 연쇄반응의 발견을 알게 되었고, 헝가리 물리학자 L. Szilard의 자극을 받아 독일이 주도권을 잡는 것을 막기 위해 원자폭탄 개발을 제안하는 편지를 루즈벨트 대통령에게 보냈습니다. 그래서 루즈벨트는 원자폭탄을 만들기로 결심했고, 1945년 뉴멕시코에서 원자폭탄 실험에 성공했습니다. 제2차 세계대전이 끝나기 직전, 미국이 일본 히로시마와 나가사키에 원자폭탄을 투하하자 아인슈타인은 이에 크게 불만을 품었다. 전쟁이 끝난 후 미국에서는 핵전쟁과 파시즘의 위험에 반대하는 평화적 운동을 시작하기 위한 끊임없는 투쟁이 전개되었습니다.

아인슈타인은 1955년 4월 18일 미국 프린스턴 대학교에서 병으로 사망했다. 그의 이름과 업적은 불멸할 것입니다!

아인슈타인의 학생 시절

알버트 아인슈타인은 1879년 3월 14일 독일의 작은 마을 울름에서 태어났습니다. 그의 부모는 모두 유대인이었습니다. 아인슈타인은 행복한 어린 시절을 보냈습니다. 그의 아버지는 문학과 수학을 사랑하는 조용하고 온화하며 친절한 사람이었습니다. 그의 어머니는 강한 성격을 갖고 있었고 음악을 사랑했는데, 이는 아인슈타인에게 영향을 미쳤습니다. 여섯 살 때부터 바이올린을 배우기 시작했고, 바이올린은 그의 평생의 동반자가 되었습니다. 아인슈타인의 부모는 그에게 좋은 영향과 가족 교육을 제공했으며, 가족은 자유로운 영혼과 평화로운 분위기로 가득 차 있었습니다.

아인슈타인도 뉴턴처럼 어렸을 때 뛰어난 지능을 보이지 않았고, 오히려 4살이 넘었을 때 말을 하지 못했고, 가족들은 그가 바보라고 걱정하기도 했다. 그는 여섯 살 때 국립학교에 입학했고, 종이로 집을 짓는 것과 같이 인내와 끈기가 필요한 게임을 좋아하는 매우 조용한 아이였습니다. 1888년 중학교에 입학한 후 그는 수학을 잘하는 것 외에 다른 과목, 특히 라틴어와 그리스어에는 별로 관심이 없었습니다. 당시 독일 학교는 종교 교육을 받아들여야 했다. 아인슈타인은 처음에는 매우 진지했지만 대중 과학 서적을 읽은 후에는 종교에 관한 많은 이야기가 사실이 아니라는 것을 깨달았다. 12세 때 그는 종교에 대한 믿음을 포기하고 모든 권위와 사회적 상황에 대한 믿음을 의심하게 되면서 자유로운 마음을 갖게 되었다. 아인슈타인은 자신의 주변에 영원한 신비처럼 인간과 독립적으로 존재하는 거대한 자연계가 있다는 사실을 발견했습니다. 그는 자신이 크게 존경하고 존경했던 많은 사람들이 이 직업에 헌신할 때 내면의 자유와 평화를 찾는 것을 보았습니다. 따라서 아인슈타인은 어렸을 때 자연계의 신비를 이해하기 위해 과학 분야의 직업을 선택했습니다. 그는 이 길을 선택한 후에는 인내했고 결코 후회하지 않았습니다.

1895년 아인슈타인은 스위스 취리히로 와서 취리히 연방 공과대학에 지원할 준비를 했다. 수학과 물리학은 잘했지만 다른 과목에서는 성적이 좋지 않았다. 학교 담당자가 그에게 스위스로 가라고 추천했습니다. 나는 숙제를 보충하기 위해 1년 동안 아라우 주립 고등학교에서 공부했습니다. 아인슈타인은 아라우 주립 고등학교에 다니는 동안 행복을 느꼈고 스위스의 자유로운 공기와 햇살을 맛보며 독일 시민권을 포기하기로 결심했습니다.

1896년 아인슈타인은 공식적으로 무국적자가 되었고 연방공과대학에 입학했습니다. 대학 시절, 아인슈타인은 물리학에 푹 빠졌고, 한편으로는 독일의 유명한 물리학자 키르히호프(Kirchhoff), 헤르츠(Hertz) 등의 작품을 읽고, 맥스웰의 전자기 이론과 마하의 역학을 연구했으며, 종종 이론물리학 교수의 집에 찾아가 조언을 구하기도 했습니다. 반면에 그는 대부분의 시간을 물리학 실험실에 가서 실험을 하며 보냈고, 직접적인 관찰과 측정에 집착했다. 1900년에 아인슈타인은 대학을 졸업했습니다. 1901년에 그는 스위스 시민권을 취득했습니다.

1902년, 친구 그로스만(Grossmann)의 도움으로 아인슈타인은 마침내 베른에 있는 스위스 연방 특허청에서 기술자로 안정된 직업을 찾았습니다.

특수상대성이론의 창시

아인슈타인은 16세 때 책을 통해 빛이 매우 빠른 속도로 이동하는 전자기파라는 사실을 깨달았습니다. 사람이 빛의 속도로 움직인다면 어떤 세상이 보일 것인가? 그는 빛이 앞으로 나아가는 것을 볼 수 없고, 진동하지만 공간에 정체되어 있는 전자기장만 볼 수 있습니다. 이것이 가능합니까?

이와 관련하여 그는 소위 광파와 관련된 에테르 문제를 탐구하고 싶었습니다. 에테르라는 용어는 그리스에서 유래되었으며 천체를 구성하는 기본 요소를 나타내는 데 사용됩니다. 데카르트는 17세기에 빛을 전달하는 매체로 과학에 처음으로 소개했습니다. 이후 호이겐스는 에테르 이론을 더욱 발전시켰는데, 광파를 전달하는 매질은 에테르이며 진공을 포함한 모든 공간을 채우고 일반 물질에도 침투할 수 있어야 한다고 믿었습니다. 호이겐스의 견해와는 달리 뉴턴은 빛의 입자 이론을 제안했습니다. 뉴턴은 발광체가 직선으로 움직이는 입자의 흐름을 방출하고 입자의 흐름이 망막에 충돌하여 시력을 유발한다고 믿었습니다. 18세기에는 뉴턴의 입자 이론이 우세했지만, 19세기에는 파동 이론이 절대적인 지배력을 갖게 되었고, 에테르 이론도 크게 발전했습니다. 빛은 진공에서도 전파될 수 있고, 광파를 전파하는 매질은 공간 전체를 채우는 에테르, 즉 빛에테르이기 때문에 파동의 전파는 매질에 달려 있다는 견해가 당시의 견해였다. 동시에 전자기학은 맥스웰(Maxwell), 헤르츠(Hertz) 등의 노력을 통해 전자기 현상에 대한 성숙한 동적 이론인 전기역학(electrodynamics)이 형성되었으며, 이론과 실제에서 빛과 전자기 현상이 통합되었다고 믿어집니다. 특정 주파수 범위 내의 전자기파로, 빛의 파동 이론과 전자기 이론을 통합합니다. 에테르는 광파의 전달자일 뿐만 아니라 전자기장의 전달자이기도 합니다. 19세기 말까지 사람들은 에테르를 찾으려고 시도했지만 실험적으로 발견된 적은 없었습니다.

그러나 전기역학은 뉴턴 역학이 따르는 상대성 이론과 모순된다는 큰 문제에 부딪혔다. 상대성 원리에 대한 아이디어는 갈릴레오와 뉴턴 시대부터 존재했습니다. 전자기학의 발전은 처음에는 뉴턴 역학의 틀에 통합되었지만 움직이는 물체의 전자기 과정을 설명하는 데 어려움을 겪었습니다. 맥스웰의 이론에 따르면 진공에서의 전자기파의 속도, 즉 빛의 속도는 일정하지만, 뉴턴 역학의 속도 부가 원리에 따르면 서로 다른 관성계에서 빛의 속도는 달라집니다. 질문: 상대성 원리가 역학에 적용 가능합니까? 전자기학에도 적용 가능합니까? 예를 들어, 두 대의 자동차가 있는데 한 대는 다가오고 다른 한 대는 멀어지고 있습니다. 당신은 당신 앞에 있는 자동차의 불빛이 당신에게 다가오는 것을 보고, 당신 뒤에 있는 자동차의 불빛이 멀어지는 것을 봅니다. 맥스웰의 이론에 따르면 두 종류의 빛의 속도는 동일하며 자동차의 속도는 이에 영향을 미치지 않습니다. 그러나 갈릴레오의 이론에 따르면 이 두 측정값은 서로 다릅니다. 당신을 향해 다가오는 차는 방출되는 빛을 가속화할 것입니다. 즉, 앞차의 빛의 속도 = 빛의 속도 + 차의 속도인 반면, 멀어지는 차의 빛의 속도는 더 느립니다. 뒤차의 속도 = 빛의 속도 - 자동차의 속도. 속도에 관한 맥스웰과 갈릴레오의 진술은 분명히 서로 모순되었습니다. 이 불일치를 어떻게 해결합니까?

이론물리학은 19세기에 전성기를 맞이했지만 엄청난 위기도 안고 있었습니다. 해왕성의 발견은 뉴턴역학의 극히 강력한 이론적 힘을 보여주었으며, 전자기학과 역학의 결합은 물리학을 형식적 일체성을 보여주었으며, “장엄하고 장엄한 건축 체계와 감동적이고 아름다운 신전”이라는 찬사를 받았습니다. 사람들의 마음 속에서 고전 물리학은 거의 완벽한 수준에 도달했습니다. 독일의 유명한 물리학자 플랑크는 젊었을 때 선생님에게 이론물리학에 전념하겠다고 말했습니다. 선생님은 그에게 "젊은이여, 물리학은 완성된 과학이며 더 이상 위대한 업적은 없을 것입니다."라고 조언했습니다. 이 주제에 일생을 바친 것은 유감스러운 일이다."

아인슈타인은 물리학의 새로운 건물을 세울 사람인 것 같다. 베른 특허청에 근무하는 동안 아인슈타인은 물리학의 최첨단 발전에 많은 관심을 기울이고 많은 문제에 대해 깊이 생각하며 자신만의 독특한 통찰력을 형성했습니다. 10년간의 탐구 과정에서 아인슈타인은 맥스웰의 전자기 이론, 특히 헤르츠(Hertz)와 로렌츠(Lorentz)가 개발하고 정교화한 전기역학을 주의 깊게 연구했습니다. 아인슈타인은 전자기 이론이 완전히 옳다고 굳게 믿었지만 그를 불안하게 만든 한 가지 문제가 있었는데 그것은 절대 기준계 에테르의 존재였습니다. 그는 많은 작품을 읽었고 에테르의 존재를 증명하려는 모든 시도가 실패했다는 것을 발견했습니다.

연구 후에 아인슈타인은 에테르가 절대 기준 시스템과 많은 전자기장의 역할을 하는 것 외에는 로렌츠의 이론에서 실질적인 의미가 없다는 것을 발견했습니다. 그래서 그는 이렇게 생각했습니다. 절대적인 기준틀이 필요한가? 전자기장에는 부하가 있어야 합니까?

아인슈타인은 철학적 작품을 읽는 것을 좋아했고 철학에서 이념적 자양분을 흡수하는 것을 좋아했습니다. 그는 세계의 통일성과 논리의 일관성을 믿었습니다. 상대성 원리는 역학에서 널리 입증되었지만 전기 역학에서는 확립될 수 없습니다. 아인슈타인은 두 물리학 이론 체계 사이의 논리적 불일치에 대해 의문을 제기했습니다. 그는 상대성 원리가 보편적으로 참이어야 한다고 믿었기 때문에 전자기 이론은 각 관성계에 대해 동일한 형태를 가져야 하지만 여기서 빛의 속도 문제가 발생합니다. 빛의 속도가 일정한 양인지 가변적인 양인지는 상대성 원리가 보편적으로 유효한지 여부를 묻는 주요 질문이 되었습니다. 당시 물리학자들은 일반적으로 에테르를 믿었습니다. 즉, 절대 참조 시스템의 존재를 믿었습니다. 이는 뉴턴의 절대 공간 개념에 영향을 받았습니다. 19세기 말, 마하는 아인슈타인에게 깊은 인상을 남긴 저서 『역학의 발전』에서 뉴턴의 시간과 공간에 대한 절대관을 비판했다. 1905년 5월의 어느 날, 아인슈타인은 친구 베소와 함께 10년 동안 탐구해 온 이 문제에 대해 논의했습니다. 베소는 마하즘에 기초한 자신의 견해를 자세히 설명했고, 두 사람은 오랫동안 이에 대해 논의했습니다. 갑자기 아인슈타인은 집에 돌아와서 계속해서 생각한 끝에 마침내 문제를 깨달았습니다. 다음날 그는 다시 베소의 집에 찾아와 이렇게 말했습니다. “고마워요. 문제가 해결됐어요. 아인슈타인은 한 가지를 분명히 생각한 것으로 나타났습니다. 시간에 대한 절대적인 정의는 없으며 시간과 빛 신호의 속도 사이에는 뗄 수 없는 연관성이 있다는 것입니다. 그는 자물쇠의 열쇠를 찾았고, 5주간의 노력 끝에 아인슈타인은 인간에 대한 특수 상대성 이론을 제시했습니다.

1905년 6월 30일, 독일의 "물리학 연보"는 아인슈타인의 논문 "움직이는 물체의 전기역학"을 받아들여 같은 해 9월에 해당 저널에 게재했습니다. 이 논문은 특수상대성이론에 관한 첫 번째 논문으로, 특수상대성이론의 기본 사상과 기본 내용을 담고 있다. 특수 상대성 이론은 상대성 이론과 빛의 속도 일정이라는 두 가지 원리를 기반으로 합니다. 아인슈타인이 문제를 해결한 출발점은 상대성 원리에 대한 확고한 믿음이었습니다. 갈릴레오는 상대성이론의 원리를 최초로 밝힌 사람이지만, 시간과 공간에 대해서는 명확한 정의를 내리지 못했다. 뉴턴도 기계계를 확립할 때 상대성 이론을 이야기했지만, 절대 공간, 절대 시간, 절대 운동을 정의하기도 했습니다. 아인슈타인은 상대성 원리를 크게 발전시켰습니다. 그의 견해로는 절대적으로 정적인 공간은 없으며, 모든 시간과 공간은 움직이는 물체와 관련되어 있습니다. 모든 기준계와 좌표계에는 이 기준계와 좌표계에 속하는 공간과 시간만 존재합니다. 모든 관성계에 있어서 이 기준계의 공간과 시간으로 표현되는 물리법칙은 모두 같은 형태이다. 이것이 상대성 원리, 엄밀히 말하면 좁은 의미의 상대성 원리이다. 이 글에서 아인슈타인은 빛의 속도 일정이 기본 원리라는 근거에 대해 많이 논의하지 않았습니다. 그는 빛의 속도 일정은 전자기 이론의 요구 사항과 상대성 원리에 기초한 대담한 가정이라고 제안했습니다. . 이 글은 아인슈타인이 에테르와 전기역학의 문제에 대해 다년간 고민한 결과이다. 그는 동시성의 상대성을 돌파구로 삼아 새로운 시간과 공간 이론을 정립했다. 움직이는 물체의 전기 역학 이론을 완전한 형태로 제시했으며 에테르는 더 이상 필요하지 않으며 에테르 드리프트는 존재하지 않습니다.

동시성의 상대성이 무엇인가요? 서로 다른 장소에서 두 가지 사건이 동시에 일어났다는 것을 어떻게 알 수 있습니까? 일반적으로 우리는 신호를 통해 확인합니다. 서로 다른 장소에서 일어나는 사건의 동시성을 알기 위해서는 신호 전송 속도를 알아야 하는데, 왜 이 속도를 초과하지 못하는 걸까요? 두 장소 사이의 공간적 거리와 신호 전송에 필요한 시간을 측정해야 하는데, 문제는 각 장소에 조정된 시계가 있다고 가정해야 합니다. 두 클럭 중 신호가 전파되는 데 걸리는 시간을 알 수 있습니다. 하지만 다른 장소의 시계가 정확한지 어떻게 알 수 있나요? 대답은 신호도 필요하다는 것입니다. 이 신호가 시계를 올바르게 설정할 수 있습니까? 이전의 사고 방식을 따르면 새로운 신호가 필요하며 이는 무한 후퇴로 이어질 것이며 서로 다른 장소의 동시성은 실제로 확인할 수 없습니다. 그러나 한 가지 분명한 것은 동시성은 신호와 관련이 있어야 한다는 것입니다. 그렇지 않으면 이 두 가지 일이 동시에 일어났다고 말하는 것은 의미가 없을 것입니다.

빛 신호는 시계에 가장 적합한 신호일 수 있지만 빛의 속도는 무한하지 않기 때문에 정지해 있는 관찰자에게는 두 가지 일이 동시에 일어난다는 점과 움직이는 관찰자에게는 두 가지 일이 동시에 일어나지 않습니다. 우리는 고속으로 달리는 기차를 상상합니다. 그 속도는 빛의 속도에 가깝습니다. 열차가 승강장을 통과하자 A는 승강장 위에 서 있었다. A의 눈앞에는 열차 앞쪽과 뒤쪽에 각각 2개의 번개가 번쩍이고 열차 양쪽 끝과 해당 부위에 흔적이 남았다. 측정 결과, A와 기차 양 끝 사이의 거리가 동일하고, A가 동시에 두 개의 번개를 보았다는 결론이 나왔습니다. 따라서 A의 경우 수신된 두 개의 광 신호가 동일한 시간 간격 내에 동일한 거리를 이동하여 동시에 자신의 위치에 도착한다면 두 이벤트는 동시에 발생해야 합니다. 하지만 기차 중앙에 있는 B의 경우 상황이 다릅니다. B는 고속열차를 타고 이동하기 때문에 자신을 향해 전파되는 프런트 엔드 신호를 먼저 차단한 다음 뒤에서 광신호를 수신합니다. -끝. B의 경우 두 사건이 동시에 발생하지 않습니다. 즉, 동시성은 절대적인 것이 아니라 관찰자의 운동 상태에 따라 달라진다. 이 결론은 뉴턴 역학의 기초가 되는 절대 시간과 절대 공간 체계를 부정합니다.

상대성 이론에서는 빛의 속도가 모든 관성 기준 시스템에서 일정하며 물체가 움직이는 최대 속도라고 주장합니다. 상대론적 효과로 인해 움직이는 물체의 길이는 짧아지고 움직이는 물체의 시간은 늘어납니다. 그러나 일상생활에서 겪는 문제로 인해 이동속도가 매우 느리고(빛의 속도에 비해) 상대론적인 효과를 볼 수 없다.

아인슈타인은 공간과 시간에 대한 관점의 급격한 변화를 기반으로 상대론적 역학을 확립했으며, 질량은 속도에 따라 증가하고 속도가 빛의 속도에 가까워지면 무한대에 가까워진다고 말했습니다. 그는 또한 유명한 질량-에너지 관계인 E=mc2를 제시했습니다. 이 질량-에너지 관계는 이후의 원자력 발전에 지침 역할을 했습니다.

일반상대성이론의 정립

아인슈타인이 1905년 특수상대성이론에 관한 첫 논문을 발표한 이후 곧바로 큰 반응을 불러일으키지는 못했다. 그러나 독일 물리학의 권위자인 플랑크는 그의 논문을 보고 아인슈타인의 연구가 코페르니쿠스의 그것과 비슷하다고 믿었습니다. 상대성 이론이 빠르게 학계의 관심을 끌게 된 것은 바로 플랑크의 선전 때문이었습니다. 주목.

1907년, 아인슈타인은 친구들의 조언에 따라 그의 유명한 논문을 제출하여 연방공과대학의 비직원 강사직에 지원했지만, 그가 받은 대답은 그 논문을 이해할 수 없다는 것이었다. 아인슈타인은 이미 독일 물리학계에서 매우 유명했지만 스위스에서는 대학 교수직을 얻지 못했고 많은 유명인사들이 그에 대해 불평하기 시작했습니다. 1908년에 아인슈타인은 마침내 비직원 강사직을 얻어 부교수가 되었습니다. 두 번째 해에. 1912년에 아인슈타인은 교수가 되었고, 1913년에는 플랑크의 초청으로 새로 설립된 카이저 빌헬름 물리학 연구소의 소장과 베를린 대학교의 교수를 역임했습니다.

이 기간 동안 아인슈타인은 기존의 상대성 이론을 확장하는 것을 고려하고 있었는데, 그를 불안하게 만든 두 가지 문제가 있었습니다. 첫 번째는 중력의 문제입니다. 특수상대성이론은 역학, 열역학, 전기역학의 물리법칙에 적합하지만 중력의 문제를 설명할 수는 없습니다. 뉴턴의 중력 이론은 두 물체 사이의 중력 효과가 순간적으로, 즉 무한한 속도로 전달된다는 점에서 상대성이론과 빛의 속도 한계에 기초한 현장론과 충돌한다. 두 번째는 비관성계의 문제로, 이전 물리법칙과 마찬가지로 특수상대성이론은 관성계에만 적용됩니다. 그러나 실제로 실제 관성계를 찾는 것은 어렵다. 논리적으로 말하면, 모든 자연법칙은 관성계에 국한되어서는 안 되며 비관성계도 고려해야 합니다. 소위 쌍둥이 역설을 특수상대론으로 설명하기는 어려운데, 그 역설은 쌍둥이 형제가 빛의 속도에 가까운 속도로 우주선을 타고 항해하고 있다는 것이다. 고속시계는 속도를 늦추고 동생을 기다립니다. 지구가 수십 년을 경험했기 때문에 동생은 아주 늙었습니다. 상대성 원리에 따르면 우주선은 지구를 기준으로 빠른 속도로 움직이고, 지구도 우주선을 기준으로 빠른 속도로 움직이는 것을 동생은 형이 젊어지는 것을 보고 형은 본다. 남동생도 젊어야 한다는 것. 이 질문에 대한 답은 없습니다. 사실 특수상대성이론에서는 등속선운동만 다루고 있는데 형이 돌아오려면 상대성 이론이 감당할 수 없는 변속운동의 과정을 거쳐야 한다. 사람들이 특수 상대성 이론을 이해하느라 바쁜 동안, 아인슈타인은 일반 상대성 이론을 완성하고 있었습니다.

1907년, 아인슈타인은 특수 상대성 이론에 관한 장문의 글 "상대성이론과 그것으로부터 도출된 결론"을 썼는데, 이 글에서 아인슈타인은 그 이후 처음으로 등가성을 언급했다. 등가 원리에 대한 아인슈타인의 생각은 계속해서 발전해 왔습니다. 그는 관성질량과 중력질량은 비례한다는 자연법칙을 등가원리의 기초로 활용하여, 무한히 작은 부피의 균일한 중력장이 가속운동의 기준계를 완전히 대체할 수 있음을 제안했습니다. 아인슈타인은 또한 닫힌 상자의 개념을 제안했습니다. 어떤 방법을 사용하더라도 닫힌 상자에 있는 관찰자는 자신이 중력장에 정지해 있는지 아니면 중력장 없이 가속되는 공간에 있는지 확인할 수 없습니다. 등가 원리를 설명하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 진술이며 관성 질량과 중력 질량의 동일은 등가 원리의 자연스러운 결과입니다.

1915년 11월, 아인슈타인은 프로이센 과학 아카데미에 4편의 논문을 제출했습니다. 이 4편의 논문에서 그는 새로운 아이디어를 제시하고 수성의 근일점 운동을 증명했으며 올바른 중력장 방정식을 제시했습니다. 이 시점에서 일반상대성이론의 기본적인 문제가 해결되었고, 일반상대성이론이 탄생하게 되었다. 1916년에 아인슈타인은 장문의 논문 "일반 상대성 이론의 기초"를 완성했습니다. 이 글에서 아인슈타인은 처음으로 관성계에 적용되던 상대성 이론을 특수 상대성 이론이라고 부르고, 관성계에만 적용되는 물리 법칙을 분류했습니다. 이 원리는 특수 상대성 이론이라고 불리며 일반 상대성 원리를 더 자세히 설명합니다. 즉, 물리학 법칙은 어떤 방식으로든 움직이는 모든 기준 틀에 대해 적용되어야 합니다.

아인슈타인의 일반 상대성 이론은 물질의 존재로 인해 공간과 시간이 휘어질 것이라고 믿으며, 중력장은 실제로 휘어진 시공간이다. 태양의 중력을 이용해 공간을 휘게 한다는 아인슈타인의 이론은 설명할 수 없는 수성의 근일점 세차운동 43초를 잘 설명합니다. 일반 상대성 이론의 두 번째 주요 예측은 중력 적색편이입니다. 즉, 강한 중력장에서 스펙트럼이 적색 끝 쪽으로 이동한다는 것입니다. 1920년대에 천문학자들은 천문 관측을 통해 이를 확인했습니다. 일반 상대성 이론의 세 번째 주요 예측은 중력장이 빛을 편향시킨다는 것입니다. 지구에 가장 가까운 중력장은 태양의 중력장으로, 아인슈타인은 먼 별의 빛이 태양 표면을 통과하면 1.7초 동안 편향될 것이라고 예측했습니다. 1919년 영국 천문학자 에딩턴의 지시에 따라 영국은 개기 일식을 관찰하기 위해 두 곳의 탐사대를 보냈습니다. 주의 깊은 연구 끝에 별빛은 실제로 태양 근처에서 1.7초 동안 휘어졌다는 결론이 나왔습니다. 왕립학회와 왕립천문학회는 관측 보고서를 공식적으로 낭독하여 일반 상대성 이론의 결론이 정확함을 확인했습니다. 이 회의에서 유명한 물리학자이자 왕립학회 회장인 톰슨은 "이것은 뉴턴 시대 이후 만유인력 이론에서 가장 중요한 성취이다"라고 말했다. ". 아인슈타인은 1916년에 "특수 및 일반 상대성 이론에 대한 간략한 소개"라는 유명한 소개서를 썼으며 1922년까지 40번 재인쇄되었으며 12개 이상의 언어로 번역되었습니다. 넓게.

상대성이론의 의의

특수상대성이론과 일반상대성이론이 정립된 ​​지 오랜 시간이 흘렀다. 역사이며 사람들이 일반적으로 인정하는 진실입니다. 상대성 이론은 현대 물리학의 발전과 현대 인간 사고의 발전에 큰 영향을 미쳤습니다. 상대성 이론은 고전 물리학을 논리적으로 통합하고 고전 물리학을 완벽한 과학 시스템으로 만듭니다. 특수상대성이론은 특수상대성이론을 바탕으로 뉴턴역학과 맥스웰의 전기역학의 두 가지 체계를 통합한 것으로, 둘 다 특수상대성이론을 따르며 로렌츠변환에 공변적이라는 점을 지적한 것에 불과하다. 낮은 속도에서의 물체의 움직임. 움직임에 대한 좋은 근사치입니다. 일반상대성이론은 일반공분산을 바탕으로 등가원리를 통해 국소관성길이와 보편적 기준계수의 관계를 확립하고, 모든 물리법칙의 일반공분산 형태를 얻어 일반공분중력이론을 확립하였으며, 뉴턴의 중력 이론은 단지 첫 번째 근사치일 뿐이다. 이는 이전의 물리학이 관성계수로 제한되었던 문제를 근본적으로 해결하고, 논리적으로 합리적인 배치를 제공합니다. 상대성 이론은 시간, 공간, 물질, 운동 등 물리학의 기본 개념을 엄밀하게 고찰하고, 시간, 공간, 물질에 대한 과학적이고 체계적인 관점을 제공함으로써 물리학을 논리적으로 완벽한 과학 체계로 만들어줍니다.

특수 상대성 이론은 고속으로 움직이는 물체의 운동 법칙을 제시하고, 질량과 에너지가 동일하다는 것을 제시하며, 질량-에너지 관계를 제시합니다.

이 두 가지 결과는 저속으로 움직이는 거시적 물체에 대해서는 명확하지 않지만 미세한 입자를 연구할 때는 매우 중요합니다. 미세한 입자는 일반적으로 매우 빠르게 움직이며 일부는 빛의 속도에 접근하거나 빛의 속도에 도달하기 때문에 입자 물리학은 상대성 이론과 분리될 수 없습니다. 질량-에너지 관계는 양자 이론의 확립과 발전에 필요한 조건을 창출할 뿐만 아니라 핵물리학의 발전과 응용을 위한 기초를 제공합니다.

일반 상대성 이론은 주로 천체를 포함하는 완전한 중력 이론을 확립했습니다. 지금까지 상대론적 우주론은 더욱 발전하였고, 상대론적 천체물리학의 모든 분야인 중력파물리학, 소형천체물리학, 블랙홀물리학이 일정한 진전을 이루면서 많은 과학자들이 연구를 하고 있습니다.

한 프랑스 물리학자는 아인슈타인에 대해 이렇게 말한 적이 있습니다. "우리 시대의 물리학자 중에서 아인슈타인은 최전선에 있을 것입니다. 그는 인간 우주에서 가장 영향력 있는 물리학자이고 앞으로도 그럴 것입니다." 빛나는 별 중 하나 ", "내 생각에는 그는 뉴턴보다 더 위대할 수 있습니다. 왜냐하면 그의 과학에 대한 공헌은 인간 사고의 기본 본질 구조에 더 깊이 침투했기 때문입니다."