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특수 상대론
1 동시성과 시간팽창(simultaneity and time dilation)
백종성의 강의노트
1) 어떤 물리 현상을 다루는가
상대론에서는 어떤 두 사건이 언제 어디서 발생했는지, 즉 시간과 공간상에서 두 사건이 얼마나 떨어져 있는지를 고찰한다.
특수 상대성 이론(special theory relativity)은 1905년 einstein에 의해 발표되었는데, 여기서 “특수”라는 말의 의미는 이 이론에서는 오직 관성기준틀(inertial frame of reference)만 취급한다는 뜻이다. 관성기준틀은 newton의 법칙이 성립하는 기준틀(frame of reference)인데, 관성기준틀은 항상 일정한 속도를 유지한다
(속력과 방향이 일정하다. ) 그러나 일반 상대성이론에서는 기준틀이 가속되고 큰 중력장을 받는 경우까지 포함한다
얽힘(entanglement): 공간과 시간이 얽혀 있다. (space and time are entangle
)그래서 두 사건사이의 시간 간격은 두 사건이 얼마나 떨어져 있는지에 따라 정해지며, 두 사건 사이의 공간적 간격도 그들사이의 시간 간격이 얼마인지에 따라 정해진다.
2) 상대론의 가설(the postulate)
einstein 이론의 근거가 되는 상대론의 가설은 다음과 같다.
1.상대성 가설(the relativety postulate): 물리법칙은 관성기준틀에 있는 모든 관측자에게 동일하게 관측된다.
(the laws of physics are the same for observers in all inertial reference frames)
☞ 이 가설은 모든 물리량의 측정값이 서로 다른 관성기준틀에 있는 관측자에게 동일하게 측정된다는 것이 아니고, 측정값을 서로 연관시켜주는 물리법칙이 동일하다는 뜻이다. 예로서 어떤 관성기준틀에 있는 두 입자의 충돌을 생각해보자
두 입자가 존재하는 관성기준틀이 아닌 서로 다른 관성기준틀에 있는 여러 명의 관측자가 두 입자의 충돌을 관측할 때 모든 관측자들은 충돌과정에서 두 입자의 선운동량이 보존되는 것을 확인한다는 것이다. 즉, 이 경우 모든 관측자들은 선운동량 보존법칙을 동일하게 관측한다
2.광속 불변의 가설(the speed of light postulate): 진공 중에서 광속은 모든 기준틀에서 모든 방향에 대해 c`이다.(the speed of light in vacuum has value c in all directions and all inertial reference frames.)
☞ 이 가설은 모든 관성기준틀에서 궁극적 속력 c`가 존재한다는 것인데, 빛은 우연히도 궁극적 속력으로 이동한다.
그림 1에서 a, b, c`는 각각 v a, v b 0, v c`와 같은 일정한 속도를 가지고 있는 관성기준틀
c ● ● ● a b c v a v b 0 v c 빛 그림 1
이고, 빛은 오른쪽으로 진행하는 모습이다.고전적 관점
에서 a가 빛의 속력을 관측하면 “c ``-(-v a ) ```` c `` v a”, b`가 관측하면 “c ``-0 ```` c”, c`가 관측하면 “c ``-v c”와 같이 측정되기 때문에 a에서 관측한 광속이 가장 빠르고, c`에서 관측한 광속이 가장 느릴 것으로 생각된다.그러나 특수 상대론적 관점에서 보면 모든 측정값이 c`이다.
궁극적 속력(the ultimate speed) 그림 2 물체가 가질 수 있는 속력은 한계가 있 (이하 생략)
