뉴턴과 아인슈타인의 우주관 비교

소개

- 자연과학분야의 교양적 지식 함양

목차

◆ 뉴턴의 우주관
○ 3차원의 역학적 우주관
○ 케플러의 천체 운동관 수용

◆ 아인슈타인의 우주관
○‘상대성 이론’적 우주관
○ 팽창하거나 수축하는 우주

◆ 주요 부문별 뉴턴과 아인슈타인의 우주관 차이
○ 우주의 형태
○ 중력 전달 속도
○ 시공간의 절대성

본문내용

◆ 뉴턴의 우주관

○ 3차원의 역학적 우주관

- 역학 법칙의 체계화
* 1687년 主著 “프린키피아: 자연철학의 수학적 원리”를 통해 ‘관성’, ‘가속도’, ‘작용 반작용’에 대한 운동의 3법칙을 확립하여 근대 물리학의 역학적 이론 기반 제공

▶ 뉴턴의 운동 제 1법칙: ‘관성의 법칙’이라고도 하며, “외부로부터 힘을 받지 않는 한 정지하고 있는 물체는 정지하고 있으려 하고 움직이는 물체는 계속 등속 직선 운동을 하려 하는”속성을 보이는 현상

▶ 제 2법칙: 가속도에 관한 것으로 “물체의 가속도는 그 물체에 가해진 힘에 비례하고, 그 방향은 가해진 힘이 가리키는 직선 방향”임을 알려줌

▶ 제 3법칙: ‘작용과 반작용의 법칙’으로,“모든 힘에는 크기가 같고 방향이 반대인 힘이 있음”을 나타냄

* 이들 역학 법칙을 통해 “힘은 물체의 이동 속도나 진행 방향을 변경시킨다”는 사실과 “가속도의 크기는 그 물체의 질량에 반비례 한다”는 사실에 의거, “힘은 물체의 질량과 가속도의 곱에 비례”한다는 결론 도출

- 중력의 법칙
* “우주 안에 존재하는 모든 물체는 다른 물체를 무조건 끌어당기는 성질이 있는 데, 그 힘의 크기는 두 물체 질량의 곱에 비례하고 둘 사이 거리의 제곱에 반비례 한다”는 ‘만유인력의 법칙’을 의미

▶ 중력 법칙의 수식적 표시: F =

* 뉴턴은 이 법칙을 통해 “태양계 내 모든 행성들의 운동을 관장하고 제어하는 것은 태양이며, 행성에 가해지는 모든 힘은 오로지 태양을 향하는 방향으로만 작용한다”는 결론 유도

- ‘절대적 시간과 공간’ 존재에 대한 믿음
* 뉴턴은 “물체의 공간적 배치나 운동에 관계없이 언제나 일정하게 흐르는 절대 시간이 있으며, 또 모든 물체에 대해 완전히 정지된 절대 공간이 있다”고 여김
* 그 자신이 발견한 역학 법칙들은 이러한 절대 공간에서만 성립됨을 전제함으로서 시간이나 공간은 절대적인 대신, 법칙은 절대적이 아니라는 견해 견지

▶ 절대 공간: 뉴턴은 어떠한 경우에도 운동을 판단할 만한 물리적 실체로서 완전히 정지해 있는 기준계(frame of reference)가 존재한다고 믿었으며, 이의 근거를 ‘회전하는 물통’실험으로 제시

○ 케플러의 천체 운동관 수용

- 행성 운동의 3가지 법칙
* 스승인 티코 브라헤로부터 방대한 천체 관측 자료를 물려받은 제자 요하네스 케플러는 자료 분석과 자신의 관측을 통해 행성 운동의 3대 법칙을 발견
* 이 법칙들에 대한 설명을 통해 뉴턴적 운동관은 태양계에서도 확대 적용될 수 있음을 확인

참고자료

· - 브라이언 그린, “우주의 구조” (박병철 역), 승산, 2005, pp. 27-131
· - 스티븐 호킹, “시간의 역사” (김동광 역), 까치, 개정판, 2005, pp. 1-45
· - 빌 브라이슨, “아인슈타인의 우주”, in: "거의 모든 것의 역사” (이덕환 역), 까치, 2003, pp. 129-146
· - 리처드 파인만, “파인만의 여섯 가지 물리 이야기” (박병철 역), 승산, 2003, pp. 165-200
· - 한스 그라스만, “쿼크로 이루어진 세상” (염영록 역), 생각의 나무, 2003, pp. 175-208
· - 월간과학, “상대성 이론: 아인슈타인의 불가사의한 세계”, 계몽사, 1996
· - 로렌스 크라우스, “스타 트렉의 물리학” (박병철 역), 영림카디널, 1996, pp. 21-90