[물리]아인슈타인의 상대성이론

소개글

사물의 경험은 우리가 서로 동의할 수 있는 특징을 갖는다. 동일한 관측 장소의 사람들은 사물의 이동 비율, 무게와 같은 측정량에 동의할 수 있다. 그 특징들은 상상 속의 대상의 성질들과 달리 완전히 주관적이지 않다. 주어진 상황에서 동일한 시계를 사용하는 사람들이 시간과 거리에 대해 말하는 방식은 거의 같다. 사물들의 측정량은 상호 주관적으로 다루어질 수 있다. 물리학은 그러한 측정량을 바탕으로 사물의 원래 모습을 형성하는 객관적 성질을 추적한다. 이 추적 방법은 그냥 경험적으로 얻어질 수 없다. 이 사실을 아인슈타인을 다루기 전에 뉴턴과 관련시켜 살펴보자.

목차

1. 뉴턴 역학의 두 전제
2. 아인슈타인과 에터
3. 특수 상대성 이론
4. 특수 상대성 이론의 시간과 물질
5. 일반 상대성 이론의 시공간 구조와 물질

본문내용

사물의 경험은 우리가 서로 동의할 수 있는 특징을 갖는다. 동일한 관측 장소의 사람들은 사물의 이동 비율, 무게와 같은 측정량에 동의할 수 있다. 그 특징들은 상상 속의 대상의 성질들과 달리 완전히 주관적이지 않다. 주어진 상황에서 동일한 시계를 사용하는 사람들이 시간과 거리에 대해 말하는 방식은 거의 같다. 사물들의 측정량은 상호 주관적으로 다루어질 수 있다. 물리학은 그러한 측정량을 바탕으로 사물의 원래 모습을 형성하는 객관적 성질을 추적한다. 이 추적 방법은 그냥 경험적으로 얻어질 수 없다. 이 사실을 아인슈타인을 다루기 전에 뉴턴과 관련시켜 살펴보자.

1. 뉴턴 역학의 두 전제

뉴턴 역학의 철학적 두 전제는 서양 물리학에 담긴 고유한 자연관에 속한다.1)
독립적 객관성: 관측과 관련된 모든 것은 관측과 무관한 것에 의해 설명될 수 있어야 한다.
자연 법칙의 보편성과 불변성: 자연 법칙은 우주 어느 곳에서나 그리고 어떤 상황에서나 동일하게 적용된다. 자연 법칙은 보편적(universal)이다. 자연 법칙은 시간에 따라 변하거나 진화하지 않는다. 자연 법칙은 불변(immutable)이다.
독립적 객관성의 요구가 반드시 경험 이전의 실체를 전제하는가? 서양 철학에서는 보통 그렇다고 여겨졌다. 경험 이전의 객관적 실체로서 물질 개념이 16세기 이후 정착했다. 시공간적 크기를 갖는 물질은 질적으로 변할 수 없다. 물질은 양적인 변화만을 허락한다. 물질의 양적인 변화를 나타내는 대표적 속성은 질량(mass)과 운동(motion)이다. 뉴턴에 이르러 질량과 무게의 구별이 뚜렷해졌고, 질량은 물질의 속성에 속한다.
물체 자체가 직접 경험될 수 없기 때문에, 질량과 같은 물질의 속성도 경험될 수 없다. 감각과 관련해 무게와 속도 등만이 경험된다. 질량은 속도의 상대 비례로서 얻어질 뿐이다. 속도는 경험과 관련된 측정량이다. 두 물체의 충돌 전과 후의 속도를 서로 비교함으로써 그 물체들의 질량을 유추해 낸다. 이를 위해 보편 법칙이 요구된다. 실례로 운동량 보존 법칙을 들 수 있다. 운동량 보존 법칙이 보편적으로 적용되지 않는다면, 우리는 영원히 물질과 질량에 대해 침묵해야 한다.

참고 자료

2) A. Einstein: "Autobiographical Notes" in P. Schilpp(Ed.): Albert Einstein: Philosopher Scientist, The Library of Living Philosophers, Inc 1949, p. 671.
3) I. Newton: Optice, 1706, p. 310.
4) M. Born: Die Relativitätstheorie Einsteins, Berlin 1964, p.247.
5) H. Minkowski: "Die Grundgleichungen fur die elektromagnetischen Vorgange in bewegten Korpern", Gottinger Nachrichten 1908.