과제 1: 요약 및 감상문 작성이 동영상은 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 대한 동영상이다.영상에 앞부분에서는 도쿄에서 발생한 일식을 지켜보는 사람들을 보여주며 1919년 영국에서 일식이 발생했을 때 에딩턴이 태양 뒤에 존재하는 별을 관측하여 별빛이 휘어진다는 것을 확인하여 한 사람의 운명이 달라졌다고 설명한다. 이전 영상의 내용인 아인슈타인의 특수 상대성 이론에는 중력을 적용할 수 없었고, 가속하는 계가 아닌 등속계만 다룰 수 있었다고 설명한다. 우선 뉴턴의 생각인 관성의 법칙에 대해 다루었다. 공을 던졌을 때 바닥에 닿기 전에 땅을 내리고 또, 내려진 땅에 닿기 전에 그 땅을 다시 내리는 식으로 계속 반복하면 공은 바닥에 닿지 않게 되고 이 땅이 바로 지구이며, 공은 지구를 계속 돌게 된다는 것이다. 이 원리로 달과 인공위성이 지구로 떨어지면서 돌고 있는 이유이다. 또, 뉴턴은 왜 달이 떨어지는지에 대해서도 의문을 가졌고, 이것은 서로 잡아당기는 힘인 만유인력 때문이라고 하였다. 만유인력은 질량이 커질수록 더 커지는 힘으로 뉴턴은 달과 사과를 같은 높이에 있다고 가정한 후 둘의 떨어진 거리가 같다는 것을 증명하여 이 만유인력을 검증해 냈다. 하지만 아인슈타인은 무중력 상태에 있는 우주선에서 가속을 하게 되면 지구에 서 있을 때와 같은 현상이 발생한다는 것을 통해 중력은 가속도와 같은 것이라고 깨달음을 얻게 되었다. 또한 땅으로 떨어지는 우주선에서는 중력이 사라지게 되어 사과를 옆으로 밀면 옆으로 직선으로 움직이지만, 우주선이 가속하게 되면 우주선의 바닥이 위로 올라오는 것이기 때문에 사과는 아래로 떨어지지만 사실은 사과가 떨어지는 것이 아닌 공간이 변한 것이라고 설명하며, 빛도 질량이 있는 공간에서는 휘어진다고 설명한다. 따라서 처음에 나온 에딩턴이 태양 뒤에 존재하는 별빛을 관측할 수 있었던 이유도 태양의 중력으로 인해 공간이 휘어지게 되고, 그로 인해 별빛이 휘어졌기 때문이며, 이것으로 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 검증이 완료되게 되었다.이 영상을 보고 느낀 점은 그 동안 상대성 이론에 대해 아인슈타인이 만든 빛과 중력에 관한 것이라고만 알고 있었지만, 이번 영상을 통해 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론이 각각 어떤 것인지, 시간은 상대적이며 공간은 중력에 의해 휘어진다는 것을 알 수 있는 좋은 시간이었다. 또 뉴턴이 활동하던 시기에는 우주로 나가 실험을 할 수 없는, 과학이 많이 발전되지 못했던 시기인데 만유인력을 찾아낸 것이 너무 신기했다. “달은 원래 하늘에 떠있는 거야”가 아닌 “달은 왜 땅으로 떨어지지 않을까?”와 같은 의문들을 통해 과학이 발전해 왔는데, 대학원에 진학하여 연구를 진행하게 된다면 저러한 사고방식을 가지고 접근하는 내가 될 수 있도록 노력해야겠다는 생각이 들었다.과제 2: 질문에 답변하기질문 1: 지구의 인구가 많아지면 달을 끌어당길까? 또는 달의 운동상태를 변화시킬 것인가?지구의 질량전체 인구수7,943,644,395명인간 1명당 평균 질량50kg∴ 전체 인구의 질량/지구의 질량 비율 =전체 인구 3배의 질량/지구의 질량 비율 =전체 인구가 현재보다 3배가 증가하여도 지구의 질량에 비해 배나 작으므로 지구 질량에 미치는 영향은 매우 매우 미미한 수준이다. 그래도 배만큼 영향이 있을 수도 있다고 생각 할 수도 있지만, 증가하게 되는 인구가 태어나서 평균 질량인 50kg을 달성하려면 지구에 존재하는 물질들을 섭취해야 한다.즉, 인구수가 증가하여 전체 인구의 질량이 증가한다고 하더라도 에너지 보존 법칙에 의해 지구 전체의 질량에는 변화가 없다.하지만 지구는 고립계가 아니므로 우주 외부에서 유입되는 우주 먼지들이나, 유성과 같은 것들로 인해 지구의 질량이 매년 37,000톤 ~ 78,000톤 정도 증가하게 되고, 대기 탈출 효과로 인해 연간 100,000톤 정도의 질량이 감소하고 있다. 따라서 매년 54,000톤 정도의 질량을 잃고 있는 것이다.따라서 인구수의 증감과 상관없이 지구의 질량은 매년 감소 중이다. 이 감소되는 질량이 지구 전체 질량의 배로 매우 작긴 하지만 지구 중력 변화에 영향을 미미하게나마 줄 것이다.현재 달은 매년 3.8cm 정도씩 지구에서 멀어지고 있다. 거리가 멀어지는 이유로는 여러가지가 있겠지만 가장 큰 이유로는 조수간만의 차이에서 발생하는 힘으로 인해 지구의 자전속도가 감소하게 되고, 각운동량 보존법칙에 의해 지구의 자전속도가 달의 자전속도로 전이되기 때문이다. 각운동량은 거리에 비례하여 증가되기 때문에, 달의 각운동량이 증가하면 지구에서 멀어지게 되는 것이다.질문 2: 일반 상대성 이론의 예측 중 하나는 태양 근처를 지나는 빛이 태양의 질량 때문에 생긴 휘어진 시공간 속에서 휘어져야만 한다는 것이다. 만일 다음의 그림과 같이 두 개의 은하가 관측자와 일직선상에 있고, 관측자가 고성능의 망원경으로 관측한다면 먼 곳에 있는 은하를 볼 수 있을까? 볼 수 있다면 어떤 형태로 보이겠는가?망원경과 일직선 상에 놓인 두 은하 중 망원경과 가까운 은하를 A은하, 멀리 있는 은하를 B은하라고 하면, B은하는 중력렌즈 효과에 의해 빛이 휘어져서 보일 것이다. 하지만 에딩턴이 관측한 것과 달리 은하의 경우 태양보다 질량이 매우 크기 때문에 거시중력렌즈 효과로 인해 B은하의 형태가 찌그러져서 보이게 될 것이다. A은하가 중력렌즈 역할을 하여 B은하의 모습이 호 모양으로 찌그러져서 보이게 되며, 이 찌그러진 정도를 측정하여 A은하의 질량을 추정해 볼 수도 있다.질문 3: 500개의 톱니를 가진 피조(빛의 속도를 측정하신 분)의 톱니바퀴가 일정한 각속력 60번/s로 회전하고 있다. 그림에서 톱니의 홈 A를 통과한 빛 펄스가 반사되어 돌아올 때, 톱니의 홈 C를 지나가게 된다. 거울까지의 거리 d가 5,000m일 때 빛의 속력을 구하라.톱니 A에서 톱니 C가 되기까지 걸리는 시간톱니바퀴의 회전 속력 = 60번/sec = 2π×60(rad/sec)톱니의 개수 = 500개톱니 1개의 각 = (rad)∴ 톱니 A에서 톱니 C가 되기까지 걸리는 시간 = =빛이 톱니 A에서 출발하여 거울에 반사된 후 톱니 C까지 도달하는 거리d = 5,000m를 두 번 지나가는 경로이다.∴ 빛의 총 이동거리 = 10,000m = 10km빛의 속력톱니가 1칸 움직인 시간 동안 총 이동거리 10km를 이동하였다.∴ 빛의 속력 = = 300,000km/s
