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[읽기와 쓰기] 상대성이론에 대한 이해

상대성이론 쉽게이해하기과목명교수명학과명학 번이 름상대성이론 쉽게 이해하기1. 서 론아인슈타인의 특수 상대성이론 vs 일반 상대성이론2. 본 론 Ⅰ일반 상대성이론1) 공간의 휘어짐2) 중력3) 빛이 휘어짐4) 시간의 느려짐3. 본 론 Ⅱ일반 상대성이론의 증명1)수성의 근일점 이동2)태양을 지나는 빛의 휘어짐 관측4. 결 론일반 상대성이론을 통한 상대성이론의 이해1. 서 론알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)은 불과 스물여섯 살의 청년일 때 당시까지 물리학계에 전무후무했던 놀라운 논문 세 편을 발표했는데, 그 중 세 번째 논문인 특수 상대성이론에 대한 논문은 실로 세상을 깜짝 놀라게 했다. 이 논문이 발표되기 전까지는 시간과 공간은 절대적인 것, 즉 항상 똑같고 절대 변하지 않는 존재라고 생각했다. 그러나 이 논문에서 아인슈타인은 우리의 생각이 사실과 다르다는 점을 역설했다. 그는 시간과 공간은 ‘상대적’임을 증명했다. 기존의 패러다임을 완전히 뒤엎는 논문이었지만 당대의 저명한 과학자들 가운데 대다수가 이 이론을 강력하게 지지했고 1920년대 초, 스웨덴의 노벨상위원회는 아인슈타인에게 노벨상을 수여하기로 결정했다.) 그러나 1920년대 후반까지도 특수 상대성이론은 논란의 여지가 있는 이론으로 여겨졌기에, 노벨상위원회에서는 아인슈타인의 업적 가운데 하나인 '양자이론' 노벨상 수여 이유로 선정했다. 특수 상대성이론은 불완전했던 것이다. 특수상대성이론은 직선으로 움직이는 등속 운동을 성명했지만, 일정하지 않은 가속 운동은 설명하지 못했다.) 가속 운동의 경우 지구에서나 우주에서나 흔하게 볼 수 있을 뿐만 아니라 등속 운동보다는 가속 운동의 경우가 더 많다. 따라서 특수 상대성이론은 특정 상황에서만 적용이 가능하고, 일반적인 상황에서 쓸 수 없었다. 또한 특수 상대성이론은 중력에 대해서도 아무런 설명을 할 수 없었다. 이러한 특수 상대성이론의 약점을 보완하여 10년 뒤, 아인슈타인은 일반 상대성이론을 세상에 발표했다. 이 일반 상대성이론은 특수 상대성이론보다는 적용 범위가 넓기 때문에 이에 관련한 전문적인 지식이 많이 없어도 이해하기가 쉬운 편이다. 따라서 이 보고서에서는 이러한 일반 상대성이론과 이론에 대한 신뢰성을 위해 그 증명을 함께 알아보고 이를 통해 상대성이론을 보다 쉽게 이해하고자 한다.2. 본 론 Ⅰ1) 공간이 휘어진다.‘등가(equivalence)’라는 말이 있다. 이 말은 자유 낙하하는 실험실 안의 세상이 중력이 없는 세상과 동일하다는 생각으로부터 나왔다. 그것은 또한 멀리 떨어진 우주 공간에서 로켓에 의해 가속된 실험실이 중력장내에 정지한 실험실과 동일하다는 반대 개념으로부터도 나왔다. 이 동일성으로부터 아인슈타인은 ‘시공이 구부러져 있어야 한다’)는 결론을 내렸다. 또한, 그는 시공이 구부러져 있어서 편평하지 않으며 이것의 곡률이 물질의 중력효과로부터 생긴다고 했다. “아인슈타인의 관점으로 보면 중력을 일으키는 물체는 실제로는 그 둘레의 공간과 시간의 구조를 뒤틀어 놓는 것이다.”) 쉽게 말해서 질량이 시공간을 휘게 하는 것이다. 쉬운 예를 들자면, 물속에 손을 담그면 원래 그 위치에 있던 물들이 옆쪽으로 밀려나게 된다. 이처럼 질량이 있는 물체로 존재함으로 인해 물체 주변의 공간이 밀려나게 되고, 이 과정에서 공간이 휘어지는 것이다. 이 공간의 휘어짐은 질량이 클수록 커지는데, 만약 밀도가 아주 높은 행성이 우주에 있으면 그 주위의 시공간은 극단적으로 휘어지게 되고 주위의 모든 것은 휘어진 공간 안으로 빨려 들어가 나올 수 없게 된다. 이것이 블랙홀이다. 빛도 예외가 아니다. “엄청난 질량을 가진 블랙홀에 삼켜진 빛은 다시는 블랙홀 밖으로 나올 수 없다.”)2) 중력아인슈타인은 중력에 대한 새로운 이론을 제시했다. 일반적으로 생각하는 중력은 지구가 우리를 지구 중심으로 잡아당기는 것이지만, 아인슈타인이 말하는 중력은 구부러지거나 휜 공간이었다.) 공간이 어떻게 구부러질 수 있을까? 공간은 존재하지 않는 것이다. 공간의 존재하지 않음은 다음 설명을 통해 이해할 수 있다.라이프니츠는 먼저 ‘시간’을 사건들의 ‘먼저’와 ‘나중’으로 이해해야 한다고 지적했다. 물질적 존재들 사이에 나타나는 두 사건을 생각해보자. 예를 들어, 바닥에 흩어진 조각난 컵을 찍어놓은 사진과 글씨가 어지럽게 가득 차 있는 철판 외에는아무도 없는 텅 빈 강의실을 생각해보면, 두 사건 사이의 선후 관계가 분명하다. 이와 같이 사건들의 진행을 눈여겨본다면, 항상 먼저 발생하는 사건과 나중에 발생하는 사건을 구분할 수 있다, 이런 논리를 확장하면 모든 사건들에 대해 일련의 순서를 정할 수 있고, 이것이 바로 시간이다. 시간은 이렇게 사건들의 선후를 가르는 기준으로 제시된다. 다시 말하자면, 시간은 사건들 사이의 선후 관계를 모두 모은 것에 지나지 않는다. (중략) 이제 사건들에 대해 ‘동시’를 생각해보자. ‘공간’이란 사건들 가운데 같은 시간에 발생했다고 여겨지는 것들을 모두 모아놓은 것과 정확히 같다. 이 경우에 사건들은 같은 곳에서 발생하지는 않을 것이다. 이 모든 사건들에 대해 동시라는 말을 할 수 있다면, 동시인 사건들의 모음이 바로 ‘공간’이다.)이처럼 공간은 실제로 존재하지 않으며 단지 우리 둘레에 있는 빈 곳이다. 그래서 사실상 우리는 공간의 곡률을 볼 수 없다. 하지만 우리 주변에는 곡률을 쉽게 경험할 수 있는 사례가 많이 있다. 예를 들어 종이 한 장을 들고 구부려보자. 이때 종이 표면이 구부러졌다는 사실을 확인하는 일은 쉽다. 우리가 3차원에 살기 때문에 이것을 볼 수 있는 것이다. “따라서 3차원의 곡률을 보기 위해서는 4차원(4차원 시공간이 아닌 단지 4차원 공간)에 살아야만 할 것이다.”)3) 빛이 휘어진다.빛은 절대성을 띄며, 진공상태에서는 일직선으로 곧게 이동한다. 하지만 질량을 지닌 물체에 의해 중력이 생기면서 시공간이 휘어지고, 그 시공간을 따라 이동하면서 빛의 진행방향 또한 휘어지게 된다. 정확히 말하자면, 빛은 공간속에서 일직선으로 이동하지만 공간이 휘었기 때문에, 빛보다 1차원 더 위의 차원에서 보면 빛이 휘어지는 것처럼 보이는 것이다. 이는 위의 내용에서 3차원의 곡률을 보기 위해서는 4차원에 살아야한다는 내용과 통한다. 영국의 천문학자 아서 에딩턴은 일식을 관측하여 태양근처에서 별빛이 휘어지는 것을 확인했다. 실제로 태양 뒤에 있는 별이 일식 때 태양 옆에서 보여 지는 것인데, 이것은 뒤에서 설명하도록 하겠다.4) 시간이 느려진다.질량이 있는 물체에 의해 휘어진 시공간 위로 휘어진 빛을 상상해보자. 빛의 이동거리를 따졌을 때 물체 바깥쪽의 것은 안쪽 빛의 것보다 길다. 이동거리는 속도와 시간의 곱이다. “상대성 이론에서 유일하게 절대적인 존재는 빛의 속도이다. (마이컬슨-몰리 실험에서 보았듯이) 빛의 속도는 빛이 나오는 원천의 속도와 무관했다.”) 따라서, 광속은 일정하기 때문에 이동거리는 시간에 비례를 한다. 그러면 물체 바깥쪽 빛의 이동거리는 안쪽 빛의 것보다 길기 때문에 이동하는데 더 오랜 시간이 걸린다. 다시 말하자면, 질량이 있는 물체 주위로 시공간의 휘어지고 중력이 생기게 되어 질량이 있는 물체 주위는 시간이 느리게 흘러가게 되는 것이다. 또한, 중력장이 크면 클수록 빛의 휘어짐 또한 커지기 때문에 시간은 점점 더 느리게 간다.) 이와 관련하여 블랙홀을 예로 들자면, 별이 붕괴하면서 생기게 되는 블랙홀은 다른 어떤 것보다도 중력장이 크다. 그렇기 때문에 실제로도 블랙홀에서는 시간이 흐르지만 우리가 볼 때에는 시간이 거의 정지해 있는 것처럼 보인다. 앞에서 휘어진 공간인 블랙홀 안에 들어가면 빠져 나올 수 없다는 것은, 실제로는 빠져 나올 수 있지만 우리와의 시간차가 엄청나기 때문에 인간의 시간으로는 관측이 거의 불가한 이유이다.3. 본 론 Ⅱ1)수성의 근일점 이동근일점이란 행성의 궤도 중 태양에 가장 근접하게 되는 점이다. 섭동)이 없는 상태에서 수성의 궤도는 공간에 대해 고정된 방향을 가진 타원을 이룰 것이다. 따라서 근일점도 일정하여야 한다. 그러나 다른 행성의 중력에 의한 여러 섭동에 의하여 실제의 궤도는 장미꽃 모양을 이룬다. 다시 말해서 근일점의 방향이 고정된 것이 아니라 회전, 즉 세차운동을 하는 것이다. 이 세차운동은 수성의 움직임을 관측하여 알 수 있고 1세기에 574아크초)정도 된다. 2250세기가 지나면 수성의 궤도가 장미꽃 모양을 그리고 다시 제자리로 온다. 르베리에가 뉴턴의 천체 역학을 이용하여 계산하였지만 43초의 오차가 생겼고 그 원인을 설명하지 못했다. 1859년부터 20세기에 이르도록 수성의 근일점 이동을 설명하기 위해 많은 과학자들이 여러 가지로 시도해 보았지만 오차의 이유를 설명하지 못했다. 그러나 1915년 11월 일반 상대성 이론을 완성할 때 아인슈타인은 이미 수성의 문제에 대해 잘 알고 있었다. 이 새로운 이론을 이용하여 이에 대한 계산을 하였고 정확하게 1세기에 43아크초라는 포스트-뉴턴 보정 값을 얻었다. 수성의 근일점 이동에 대하여 오랫동안 떠돌던 다른 설명들은 아인슈타인의 간결한 설명 앞에서 점차 사라졌고, 수성의 근일점 이동은 현재까지도 일반상대성이론의 실험적 대들보 중 하나로 남아있다.

자연과학| 2011.04.11| 9페이지| 2,000원| 조회(312)

물리, 상대성이론, 보고서작성, 읽기와쓰기

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[영어회화 에세이]사교육은 감소해야 한다

Private education must decreaseKorea holds raking first in the world on private education. Most parents in Korea believe that private education is necessary, and they force their children to get private education to enter them to better universities than any students. However, I think private education must decrease. There are three reasons to support my insistence. There are many examples about story that many students enter a good university without private education. And, they can be success although students failed to enter famous universities. If they do their best, they can be success in their life. Also, parents should consider interest or talent of students. When I was in high school, read a book written by Won Hee PARK. When she was middle school student, she studied without private education and enter a Korean Minjok Leadership Academy. She graduated early with excellent grade and enter a Harvard university without any support. Like this case, there are many students enter a good university without private education. We can see these example easily.

인문/어학| 2011.04.11| 3페이지| 1,000원| 조회(218)

영어회화, 에세이, 발표

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루소의 [에밀] 내용요약과 감상

『에밀』-Rousseau-교육학을 공부한 사람치고 루소의 『에밀』을 한번 읽거나 들어보지 조차 못한 사람이 있을까? 이 책은 루소의 불우한 어린 시절 환경으로부터의 교육에 대한 열망이 담겨져 있다. 이것은 단순한 교육론에서 벗어난 철학가 루소의 문명 비판적 사상이며 인간론이다. 그는 이 책을 통해서 교육의 목적이 지식의 주입보다는 개인의 잠재능력과 개성을 발전시키는데 있다고 주장하고 있다. 자칫 딱딱하고 지루할 수 있는 내용을 흥미를 이끌 수 있도록 소설의 형식으로 풀어낸 건 사상가이자 소설가인 루소이기에 가능했다 말할 수 있겠다. 루소의 『에밀』은 전편을 5편으로 나누어 에밀이라는 고아가 요람에서 결혼에 이르기까지, 이상적인 가정교사의 체계적인 지도를 받으면서 성장하는 과정이 적절하게 묘사되어 있다. 『에밀』의 줄거리를 요약하자 보면 다음과 같다.줄거리 및 내용 요약제 1편 - 유년기제 1편에서 루소는 교육의 성공을 위해 우리가 그나마 이룩할 수 있는 일이란 자연성의 회복이라 말하며 자연 상태를 잃지 않아야 함을 강조하고 있다. 또한, 우리의 교육은 나면서부터 시작되며, 좋은 교육을 받기 위해서는 한 사람의 지도자만을 따라야 하고, 가장 좋은 지도자는 다름 아닌 어머니임을 말하고 있다. 만약, 아이에게 유모를 붙여줄 경우 어떠한 사람을 유모로 택해야 할 것인지와 동시에 아이를 올바르게 살게 하기 위해 어떠한 일에도 익숙해지지 않도록 하는 습관을 길러 줄 것, 아이들을 도와줄 때에는 이유 없는 욕구에는 응해주지 말고 필요한 것에만 한할 것, 아이들에게 말을 빨리 하게 하려고 서두르지 말 것 등의 지침도 함께 언급하고 있다. 또한, 이 부분에서 루소의 제자로 에밀이 등장한다.제 2편 -아동기이 시기는 고통을 참는 것을 배우고, 자아의식을 갖게 되며 이때부터 아이를 하나의 도덕적인 존재로 생각해야 할 시기이다. 루소는 계속해서 자연을 강조하며 자연의 교육법을 배우라 말하고 있다. 그것은 바로 아이에게 방종에 흐르지 않는 자유를 주는 것이다. 아이에게 어른스러움을 강요하지 않고, 사물에만 의존하게 하며, 자연에 질서에 따라 아이들을 그 나이에 맞게 다루어야한다. 혹시라도 자연이 아이에게 주는 고통을 면해 주려다가는 오히려 자연이 주지 않는 고통까지 줄 수도 있음을 말하며, 지나치게 과잉보호하지 말 것 또한 말하고 있다. 이 부분에서는 아이 앞에서 신중하게 행동할 것, 아이가 이상한 행위를 하더라도 제 삼자 앞에서 지적하거나 나무라지 말 것, 자유의 관념보다는 소유의 관념을 우선으로 이해 시켜 줄 것, 모든 가르침은 말보다는 행동으로 나타나야 할 것, 아이들을 성급히 판단하지 않을 것, 아이들 스스로 경험에 의해 미덕을 자연스레 배우게 할 것, 아이들을 육식가로 만들지 않을 것 등의 조언을 함께 하고 있다.제 3편 -소년기아이가 상대적으로 최대 체력을 지니는 이 시기에는 성장하려는 육체의 활동에 지식을 구하려고 하는 정신의 활동이 뒤따르며, 자연적인 호기심이 일게 된다. 이 호기심을 기르기 위해 교육자는 곧바로 만족감을 주기 보다는 스스로 생각하고 깨우치게끔 해주어야 한다. 이 편에서 루소는 학문을 가르치기보다 그것을 사랑하는 취미를 붙여주고, 그 취미가 발달했을 때 학문을 배우기 위한 방법을 가르치는 것이야 말로 모든 교육의 근본원칙이라 말하고 있다. 또한 가르침을 줄때에는 가능한 한 행동으로 보여주고, 실행할 수 없는 것에 한해서만 말로 해주어야 할 것, 일일이 옳고 그름을 알려주기 보다는 올바로 판단하는 법을 알려줄 것을 조언한다. 이러한 소년기는 일과 교육과 연구의 시기이며, 이를 지시하는 것은 역시 자연이다.제 4편 -청년기자연이 정해주는 시기에 따라 아이는 아이에서 벗어난다. 정욕에 의한 정신적인 변화와 함께 육체도 함께 급격하게 변하는데 루소는 이를 제2의 탄생이라 한다. 아이가 갖는 절대 변하지 않을 정욕은 자기애인데, 이는 아이게 갖게 될 최초의 감정이다. 이 최초의 감정에서 파생된 두 번째 감정은 주변 사람들을 사랑하는 것, 이는 동정심으로 발전하며 이를 시작으로 아이의 감수성이 싹트기 시작한다. 자신이 중심이던 가족이라는 틀 안에서 벗어나 사회로 나아가면서 아이는 위험한 시기에 가까워지는데, 이때의 아이에게는 억제하는 광경만을 보여야 한다. 어디에나 두려워해야 할 무절제한 일들이 있다는 사실과, 절제하지 않는 정욕은 불행 이상의 불행을 가져온다는 사실을 상기하며 되도록 모든 것을 느리게, 천천히 그리고 확실하게 성장시켜야 한다. 아이의 바른 성장을 돕기 위해 아이가 잘못을 저지르기 전에 미리 잘못을 경고해야 하며, 경험으로써 가르쳐줄 수 있는 것을 결코 책에서 배우게 하지 말 것을 재차 강조한다. 이 편에서 루소는 청년기에 필요한 도덕과 종교교육, 성교육 및 취미 등에 관해 언급한다.제 5편 -청년기 이후인생에 있어서 운명은 누구나 자연의 관계에 의해서만 결정되며, 어떠한 배우자가 적합할지 또한 자연에 의해 결정된다. 결혼을 한다는 것은 이러한 자연의 선택을 발견하는 것이다. 성을 제외하였을 때 남녀는 정도의 차이가 있을 뿐 신체의 각 기관과 그 작용 및 외관은 동일하다. 다만 성에 관하여 남자와 여자는 같지 않고 서로 보충하는데, 이러한 남녀가 서로 사랑한다는 것은 결혼할 때에 중요한 첫째 의무이자 역시 자연의 법칙임을 강조한다. 남녀는 사랑을 하고 결혼을 함으로써 서로를 보충할 때에, 자연이 우리에게 준 수단을 끊임없이 완성의 영역에 도달시킬 수 있다고 한다. 마지막으로 결혼 후 삶에 대한 조언들을 덧붙이며 끝을 맺는다.

독후감/창작| 2011.04.11| 5페이지| 1,000원| 조회(533)

루소, 에밀, 감상문, 내용요약

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