4 相対性理論の基本原理: 光束の不変性 ¶
アインシュタインが学生時代の時の物理先生に ¥”もし光に付いて光束で動いたら光はどうなるか¥” する質問をしたが ¥”それなら光は止めていることのように見える¥”は答を得たと言う.
常識的に二つの物体がそれほど動いたら教授の言葉通り起きるのが正常だ. 二人が並んでまったく同じな速度に歩いて行ってほしい人の立場(入場)で他の一人は同じ席で足だけ動くことのように見えるように. しかし観測されたところによれば全然そうではないのが分かる. 地球が自転しているし, 同時に太陽を公転しているし, 太陽は銀河を回っているし, 私たち銀河自体も動いているのに光の速度がいつも一定するように測定されるということはまさに怪現象だった.
一定した速度で走る列車の中でピンポンをする状況を想像して見よう. の上で言及されたように理想的な日程運動と止まり状態は仕分けが不可能だ. したがって列車の中の人々は自分たちが地右に出ているのか動いているのか分からない.[45] これからピンポンをする一人がサーブをしようと球を正確に慰労 10cm 投げる. 当たり前の話だが慣性によって公恩その人の基準で正確に下にまた下る. こんなに総 20cm 動くのが 1秒間起きたと思えば公議速力は 20cm/sになる.
今度は列車の外でこのピンポンを見物している人がいると仮定しよう. この人の立場(入場)では列車が高速で動いているから球の動く距離(通り)は 20cmではなくずっと長い. 大まかに 40mだと思おう. この人の観点で公議速力はおおよそ 40m/sだ.
ここまではニュトーンの理論でも充分に理解することができる, 観察者による乖離感だ. これを説明したのがガリレイ変換. ところで相対性理論によると, 観察者の位置と状態にしたがって速力, 方向などすべての観測結果が違うことができるが たった一つだけは絶対的と言う. すぐ光の速力が 299792.458km/sという特性. だからどんなに移動していようが間に光束はまったく同じく cの値段を持つようになる. 甚だしくは光にしたがって光束に近いとか光束に到逹した状況にも.
多くの人々が勘違いすること中一つが ¥”違う速力の二つの観測者の間には時間差と長さのためが生ずるから光の速力が固定されたように見える¥”で相手論を理解するということなのに, 実はその正反対だ. すなわち, 光束で走る物体はどんなグァンソングギェエソでも光束で走るから二つの観測者の間に時間差と長さのためが生ずること[46]だ. もちろんその反対が当たる解釈することもできるが, 思って見ろ, 時間が短くなって長さが減って周波数が変わって質量が大きくなって... 等々の一言文句すべてしたものなどより相対性原理と光束不変の原理この二人だけ持って仮定するのがもっと簡単で強力だ.[47] そんな理由で物理学者たちは一応相対性原理と光束不変の原理だけ仮定して残りものなどを導き出す.
とにかくその原理から他の係の時間が遅く行くということを見られるのに, もっと易しく理解するためにの前のピンポン遊びで帰って見よう. まったく同じく 1秒間移動したがピンポン選手たちの立場(入場)では球の動いた距離(通り)が 0.2m, 列車の外の人々の観点では 40mだ. それで公議速力に対して見解の違いが生ずる. ところで列車の中の選手たちが 1秒だと思ったのが事実は 200分の 1秒, すなわち 0.005秒だったらどうかな? この場合選手たちは認知することができないが彼らの時間が遅くなったから実際で(=外観測者の基準で) 球が 20cmを動かすのにかかった時間は 0.005秒なので公議実際速度は 40m/sに統一される.[48][49]
が原理を一言で要約しようとすると[50] 光はどんな慣性係にも属しなくてすべての観測者が光束をまったく同じく認識すると整理することができる.
おもしろいのは, 光束不変の原理は実は自然界に情報の最大速度が存在するというの[51]と同値だ. もちろんそうするためには他の原理たちの裏付が必要だが, 最大速度が存在するということから光束不変の原理を見せるためには相対性原理が必要であり, 反対に光束不変の原理から最大速度の存在を見せるためには相対性原理に因果律原則が必要だ. すなわち, 光束不変の原理と相対性原理が成り立つのに, 最大の中も同じなのがなければ因果律に行き違う状況が生ずるという意味. 言い換えれば, 過去で情報伝達が可能になるということを意味する.
出処 - エンハ ウィキミラー
상대성 이론은 역시 이해하기 여전히 어렵군 ,,
4 상대성 이론의 기본 원리: 광속의 불변성 ¶
아인슈타인이 학창시절 때 물리선생에게 "만약 빛을 따라 광속으로 움직인다면 빛은 어떻게 되는가" 하는 질문을 했는데 "그렇다면 빛은 멈춰 있는 것처럼 보인다"는 답을 얻었다고 한다.
상식적으로 두 물체가 그렇게 움직인다면 교수의 말대로 일어나는 것이 정상이다. 두 명이 나란히 똑같은 속도로 걸어가면 한 명의 입장에서 다른 한 명은 같은 자리에서 다리만 움직이는 것처럼 보이듯이. 그러나 관측된 바에 의하면 전혀 그렇지 않다는 걸 알 수 있다. 지구가 자전하고 있고, 동시에 태양을 공전하고 있고, 태양은 은하를 돌고 있고, 우리은하 자체도 움직이고 있는데 빛의 속도가 항상 일정하게 측정된다는 것은 그야말로 괴현상이었다.
일정한 속도로 달리는 열차 안에서 탁구를 치는 상황을 상상해 보자. 위에서 언급되었듯 이상적인 일정운동과 정지 상태는 구분이 불가능하다. 따라서 열차 안의 사람들은 자기들이 땅 위에 서 있는 건지 움직이고 있는 건지 모른다.[45] 이제 탁구를 치는 한 사람이 서브를 하려고 공을 정확히 위로 10cm 던진다. 당연한 이야기지만 관성에 의해 공은 그 사람의 기준에서 정확히 아래로 다시 내려온다. 이렇게 총 20cm 움직이는 게 1초 동안 일어났다고 생각하면 공의 속력은 20cm/s가 된다.
이번에는 열차 밖에서 이 탁구를 구경하고 있는 사람이 있다고 가정하자. 이 사람의 입장에서는 열차가 고속으로 움직이고 있기 때문에 공이 움직이는 거리는 20cm가 아니라 훨씬 길다. 대충 40m라고 생각하자. 이 사람의 관점에서 공의 속력은 대략 40m/s이다.
여기까지는 뉴턴의 이론으로도 충분히 이해할 수 있는, 관찰자에 따른 괴리감이다. 이것을 설명한것이 갈릴레이 변환. 그런데 상대성이론에 의하면, 관찰자의 위치와 상태에 따라서 속력, 방향 등 모든 관측결과가 다를 수 있으나 딱 하나만큼은 절대적이라고 한다. 바로 빛의 속력이 299792.458km/s라는 특성. 그러니까 어떻게 이동하고 있건 간에 광속은 똑같이 c의 값을 가지게 된다. 심지어 빛을 따라서 광속에 가깝거나 광속에 도달한 상황에도.
많은 이들이 착각하는 것 중 하나가 "다른 속력의 두 관측자 간엔 시간차와 길이차가 생기기 때문에 빛의 속력이 고정되어 보인다"로 상대론을 이해한다는 건데, 사실 그 정반대이다. 즉, 광속으로 달리는 물체는 어떤 관성계에서든 광속으로 달리기 때문에 두 관측자 사이에 시간차와 길이차가 생기는 것[46]이다. 물론 그 반대가 맞다고 해석할 수도 있겠지만, 생각해 보라, 시간이 짧아지고 길이가 줄어들고 주파수가 변하고 질량이 커지고... 등등의 구구절절한 것들보다 상대성 원리와 광속 불변의 원리 이 둘만 가지고 가정하는 게 더 간단하고 강력하다.[47] 그런 이유에서 물리학자들은 일단 상대성 원리와 광속 불변의 원리만 가정하고 나머지 것들을 이끌어 낸다.
어쨌든 그 원리로부터 다른 계의 시간이 느리게 간다는 걸 볼 수 있는데, 더 쉽게 이해하기 위해 앞의 탁구놀이로 돌아가 보자. 똑같이 1초 동안 이동했으나 탁구 선수들의 입장에서는 공이 움직인 거리가 0.2m, 열차 밖의 사람들의 관점에서는 40m다. 그래서 공의 속력에 대해 견해의 차이가 생긴다. 그런데 열차 안의 선수들이 1초라고 생각한 게 사실은 200분의 1초, 즉 0.005초였다면 어떨까? 이 경우 선수들은 인지하지 못 하지만 그들의 시간이 느려졌기 때문에 실제로(=바깥 관측자의 기준에서) 공이 20cm를 움직이는 데에 걸린 시간은 0.005초이므로 공의 실제 속도는 40m/s로 통일된다.[48][49]
이 원리를 한 마디로 요약하자면[50] "빛은 어떤 관성계에도 속하지 않아서 모든 관측자가 광속을 똑같이 인식한다"고 정리할 수 있다.
재밌는 건, 광속 불변의 원리는 사실 자연계에 정보의 최대 속도가 존재한다는 것[51]과 동치이다. 물론 그러기 위해선 다른 원리들의 뒷받침이 필요한데, 최대 속도가 존재한다는 것으로부터 광속 불변의 원리를 보이기 위해선 상대성 원리가 필요하며, 반대로 광속 불변의 원리로부터 최대 속도의 존재를 보이기 위해선 상대성 원리에 인과율 원칙이 필요하다. 즉, 광속 불변의 원리와 상대성 원리가 성립하는데, 최대 속도 같은 게 없으면 인과율에 어긋나는 상황이 생긴다는 뜻. 다시 말해, 과거로 정보 전달이 가능해진다는 걸 의미한다.
출처 - 엔하 위키 미러