일반상대성 이론이란?

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아인슈타인의 일반 상대성 이론

 

  

알베르트 아인슈타인(Albert Einstein 1879-1955)은 1915년에 상대성 이론(相對性 理論 Theory of General Relativity)을 발표했다. 중력장(重力場)에 대한 이 이론은 1905년에 발표했던 그의 특수 상대성 이론(특수상대성 이론 참조)과 1687년에 뉴턴이 발표한 만유인력 이론(중력의 법칙 참조)을 하나로 결합한 것이다.

 

그는 이 이론을 통해 시간(time)과 공간(space) 즉 시공(時空 spacetime)의 기하학적 성질을 새롭게 설명했다. 그의 이론은 시간의 흐름, 공간의 기하학, 자유낙하 물체의 운동, 빛의 성질 등에서 고전 물리학 이론과 차이가 있다.

 

아인슈타인은 이 이론에서 강한 중력장 속에서는 시간이 늦게 흐른다는 것, 강한 중력장을 지나는 빛은 적색편이(赤色偏移)가 생긴다는 것, 강한 중력장 부근을 지나는 빛은 렌즈 속을 지나는 빛처럼 휘어진다는 것, 그리고 중력파(gravitational wave)와 블랙홀(black hole)의 존재 등을 말했다.

 

특히 그는 태양 뒤쪽에 있는 별로부터 오는 빛이 태양 옆을 지날 때 휘어질 것이라고 예측했다. 이 현상은 때마침 1919년 3월 29일에 일어난 일식 때 실제로 관측 실험이 이루어졌다. 두 팀으로 나뉜 영국 관측대는 아프리카의 서해안에 있는 프린시플 섬과 브라질의 북부 소브럴 지역 두 곳에서 일식을 관측했다. 이때 태양에 가려 있어야 할 별빛이 태양 쪽으로 굴절한 결과 미리 관측된 것이다.

 

그의 이론은 실험과 관찰로 증명되기도 했고, 일부는 아직도 연구가 이루어지고 있다. 그가 예측한 블랙홀은 강한 중력 때문에 시공이 찌그러들고, 빛조차 탈출하지 못한다. 블랙홀은 천체관측을 통해 실제로 존재하는 것으로 인정되고 있다. 아인슈타인의 이론은 대부분의 일반인에게 난해하다. ​

 

아인슈타인의 상대성이론을 포함한 현대 양자물리학은 정말 어렵다. 상대성이론이 처음 발표되었을 때, 그 내용을 제대로 이해할 수 있는 사람이 거의 없었다. 그러자 어느 물리학자가 일반 대중을 위해 이해하기 쉽도록 상대성 이론을 해설한 책을 출판했다. 이때 이런 말이 신문에 소개되었다고 한다. "상대성 이론을 확실히 아는 사람은 지구상에 10명이 안 된다. 그런데 이번에 나온 상대성이론 해설서를 이해할 수 있는 사람은 아무도 없다."

 

 

 

 

이 그림은 중력 때문에 찌그러진 공간과, 천체 가까이 지나는 별빛이 중력에 끌려 휘어지는 모습을 상상하고 있다.

 

 

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