빅뱅에서인간의미래까지 제 4 강세상에절대적인것은없다 이정모 penguin@anyang.ac.kr
이런게가능할까? 뚱뚱한사람이홀쭉해진다. 시간이느려진다. 길이수축 시간지연 가벼운사람이무거워진다. 질량증가 Einstein : YES!
빛이나은딜레마 빛에올라타고세상을본다면 세상이어떻게보일까? Albert Einstein
천동설 ( 지구중심설 ) 아리스토텔레스학파 : 소요학파 소요학파의학설 - 四원소설 : 흙-물-공기-불 ( 제5원소 : 에테르 ) - 지구는우주의중심이며움직이지않는다. - 지구 : 불완전한물질 변화 - 하늘의천체는신성하고완전한물질 불변 - 지상의물체 : 불완전한직선운동 - 천상의물체 : 완전한원운동 4
천체는왜떨어지지않을까? BC 4 세기 아리스토텔레스 공간은 에테르 로채워져있다. 수정처럼맑고 딱딱한고체 17C 뉴턴 만유인력
빛은파동이다 James Clerk Maxwell, 1831~1879 빛은전자기파다. ( 파동 ) 빛의속도 =30 만 km/s 매질은? 소리의매질 : 공기 빛의매질? 에테르?
에테르의재등장 빛이파동이라면매질은? 에테르가필요 소리 공기중 340m/s 물에서 1,480m/s 강철, 화강암, 알루미늄에서 6,000m/s 빛 300,000km/s ( 초속 30 만 km) 우주에강철, 화강암보다훨씬단단한물질이채워져있다고? 말이되?
에테르의성질 강철보다강하다. 질량은없다. 사물이통과할수있다. 이런게과연있을까? 에테르를버릴수도없고채택할수도없다.
Classical Relativity 1,000km/s 1,000km/s 우주선 A 가우주선 B 에접근하는속도는? 두우주선의접근속도는 (1,000+1,000)km/s 2,000km/s 상대성원리 Classical Relativity.
에테르의존재확인 지구공전 에테르의바람 빛의속도에영향 Albert Michelson (1852~1931) Edward W. Morley (1838~1923)
계절에따른빛의속도 300,030km/s 30km/s 300,000km/s 빛의속도는언제나 300,000km/s 30km/s 299,970km/s
마이컬슨 & 몰리실험 에테르의바람은없다. 에테르도없다.
에테르를버려야하나? 해결책 1 : 지구가에테르속에고정되어있다. 즉지구는움직이지않는다. 갈릴레이는어떻게해 해결책 2 : 피츠제럴드 (1851~1901) 물체는운동방향으로수축한다. 지구도에테르방향으로수축한다. 즉길이가짧아졌다. 빛의이동시간이줄었다.
빛의속도는일정하다 빛에올라타고세상을본다면 세상이어떻게보일까? Albert Einstein
뉴턴의사고실험 돌을던지면날아간다.
세게던지면더멀리날아간다.
이렇게도될까? 속도가무한히크면 힘만세면된다. 속도 in 고전역학 : 무한할수있다.
아인슈타인 : 무한히빠른 무엇 이있을까? 거리속도 = 시간 속도 = 이려면 거리 = 이든지 ( 즉공간의변화가무한하든지 ) 시간 = 0 이어야함 ( 즉시간이흐르지않아야 ) 따라서속도가무한정커질수는없다. 우주에는최대속도를갖는 무엇 이있다.
가장빠른그 무엇 은뭘까? 가장빠른것은속도가일정해야한다. 그렇지않으면가장빠른것이아니니까. 관찰해보니 1665년뢰머, 목성위성의공전주기 50년뒤브래들리, 계절에따른빛의위치 1849년피조, 톱니사이로빛의왕복시간 빛의속도가일정하다. 가장빠른것은빛
빛의속도 초속 30 만킬로미터 : c 광속불변의법칙 서울에서부산까지 1/500 초 1 초에지구둘레 7 바퀴반. 태양에서지구까지 8 분 19 초 태양에서가장가까운별까지 4.2 년
특수상대성이론의탄생 빛에올라타고세상을본다면 세상이어떻게보일까? Albert Einstein
특수상대성이론 등속으로움직이는세상 1905 년 < 물리학연보 > Annalen der Physik 운동하는물체의전자기학
Einstein s Special Relativity 0 m/s 300,000km/s 1,000km/s 두우주인이다가오는빛의속도를측정했다. 빛의속도는?
Special Relativity 정지한사람 300,000km/s 우주인 (300,000+1,000)km/s = 301,000km/s Wrong! 상대성원리는항상옳다! 빛의속도는 30 만 km/s 로일정하다! 아인슈타인의고민이시작되다.
등속운동하는기차속의불빛 100km/h 기차밖에있는아인슈타인에게빛의속도는얼마로보일까? 상대성원리 빛의속도 + 기차속도 = ( 빛 + 기차 ) 속도 빛의속도 + 기차속도 = 빛의속도광속불변법칙
동전의운동 승객이본동전 바깥에서본동전
절대공간의부정 뉴턴 프린키피아 (1687) 절대공간은외부와상관없이항상똑같은상태 아인슈타인 관측자에상관없이어디에나존재하는절대위치란결코있을수없다. 오로지처한상황에따라서위치를평가할수있는상대적인위치만가능하다. 절대궤도, 절대위치, 절대거리, 절대공간 : 없다!
동시에빛난섬광 2 가먼저번쩍였어요! 기차 : 등속운동 두신호등중점에있을때번쩍! 1 동시에번쩍했어! 2 승객과아인슈타인에게 2 가번쩍인시간이다르다.
절대시간의부정 뉴턴 프린키피아 (1687) 절대시간은외부와상관없이항상균일하게흐른다. 아인슈타인 언제어느때항상똑같은시각으로측정되는절대시간이란없다. 시간이란단지관측자의상대운동에따라서다양하게받아들여지는상대적인물리량이다. 절대궤도, 절대위치, 절대거리, 절대공간 : 없다!
시간의상대성 거리속도 = 시간 빛의속도는일정하다. 그런데공간 ( 거리 ) 은상대적이다. 빛의속도가일정하게유지되려면시간도상대적이어야만한다.
동시에빛난섬광, 본시간은달라! 2 가먼저번쩍였어요! 두사람가운데한명에게시간이천천히흘렀다. 동시에번쩍했어! 1 2
거울 빛 빛 광시계 거울 광속은일정한데빛의이동거리는늘어났다. V 거리속도 = 시간 거리시간 = 속도
속도가빨라지면시간은느려진다 물체의속도시간증가비율 0.1c 1.005 0.2c 1.021 0.5c 1.155 0.6c 1.250 0.7c 1.400 0.8c 1.667 0.9c 2.294 0.9995c 31.626 0.9999c 70.704 기차 속도 기차안시간 기차밖시간 0c 1s 1s 0.5c 1s 1.155s 0.9c 1s 2.294s 0,9999c 1s 3h 43s
정지된시간 René Magritte, 1898~1967 1935 or 1938 La Durée poignardée
汽車대신宇宙船 거리시간 = 속도 시간이느려졌다. 우주선에서볼때 우주선바깥에서볼때
지구에남은쌍둥이동생이 : 할아버지 빛의속도로우주여행한쌍둥이형 : 젊은이 쌍둥이패러독스
지상 12,000m 에서뮤온생성 수명 =0.000002 초 ( 전자로바뀜 ) 광속으로내려오면 600m 이동가능 혹시시간지연효과가실제로있다면지표면에서관찰가능? Muon 을찾아라!! 찾았다!! 뮤온 (muon)
길이수축 정지 이동하는기차 기차의길이 100 미터길이의기차가 300 km/h 의속도로달릴때길이는 1 조분의 4 mm 줄어든다. 기차길이 이동하는기차의길이는이동방향으로수축되어보인다.
길이수축 지구에서본우주선 : 길이가줄어든다. 우주선에서보면 : 길이가일정하다.
속도가빨라지면길이는줄어든다 물체의속도시간증가비율길이수축비율 0.1c 1.005 0.995 0.2c 1.021 0.979 0.6c 1.250 0.800 0.7c 1.400 0.714 0.8c 1.667 0.600 0.9c 2.294 0.436 0.9995c 31.626 0.032 0.9999c 70.704 0.014
지상 12,000m 에서뮤온생성 수명 =0.000002 초 ( 전자로바뀜 ) 광속으로내려오면 600m 이동가능 혹시시간지연효과가실제로있다면지표면에서관찰가능? Muon 의입장에서보면 대기권의길이가 200 분의 1 로축소! 대기권의높이가 600m 로줄어듦! 0.000002 초동안에충분히내려옴 뮤온 (muon)
우주선에가해진힘은어디로? 우주선이출발한다. 힘을가하니우주선의속도가빨라진다. 힘을더주니더빨라진다. ( ) 그러나우주선은광속을넘지못한다. 그힘은다어디로갔을까?
속도가빨라지면질량이커진다 m= 움직이는물체의질량 m 0 = 정지한물체의질량 v= 물체의속도 c= 빛의속도 v c v/c 0 m m 0 v c v/c 1 m
속도가빨라지면길이는줄어든다 물체의속도시간증가비율길이수축비율질량증가비율 0.1c 1.005 0.995 1.005 0.2c 1.021 0.979 1.021 0.6c 1.250 0.800 1.250 0.7c 1.400 0.714 1.400 0.8c 1.667 0.600 1.167 0.9c 2.294 0.436 2.294 0.9995c 31.626 0.032 31.236 0.9999c 70.704 0.014 70.704
질량은에너지다 우주선에힘을주었다. = 힘이우주선에일을했다. 우주선에힘을주었다. 질량이늘어났다. 즉힘은일도하고질량도증가시킨다. 그런데일은에너지다. 그렇다면질량과에너지는같다는말인가?
질량 - 에너지등가원리 내생전에질량-에너지등가원리가현실화되는걸본다는건실로어려운일이다. 비유하자면캄캄한밤하늘에무작위로총을쏘아서지나가던새를우연히맞추어떨어뜨리는확률정도라고할까. 그는죽기전에원자폭탄이일본에떨어졌다는소식을들었다.
특수상대성이론정리 전제조건 광속은일정하다. 결과 시간과공간은절대적이지않다. 속도가빠르면 속도지연, 길이수축, 질량증가 한계 등속운동일때만적용가능
일반상대성이론 세상에있는물체들이등속운동만하는것은 아니잖아!
특수와일반? 특수상대성이론 1905 년 물체가등속운동하는경우로제한하고 중력의작용을배제한특수한경우를위한것 그래서 특수 일반상대성이론 1916 년 모든운동과중력까지포함한내용 그래서 일반
2017-08-28 Teleportation
론엄마가말씀하시기를 그저 9 번과 10 번승강장사이에있는 개찰구로곧장걸어가기만하면된단다. 부딪칠까봐멈추거나겁먹지않는것. 그게아주중요하지. 떨리면조금뛰어가는게좋을거야. 자, 어서먼저가거라.
2 차원의개미, 3 차원의머글 0 차원의세계 점 1 차원의세계 선 2 차원의세계 면 3 차원의세계 - 입체 52
2 차원일까, 3 차원일까? 2 차원의세계 면 : 열린면과닫힌면 3 차원의세계 - 입체
2 차원의개미, 3 차원의머글
2 차원의개미, 3 차원의머글 3 차원의머글, 4 차원의해리포터
아인슈타인사진넣기 56
일반상대성이론 일반상대성이론 아인슈타인, 1916 년 질량을가진물체는공간을구부릴수있다. 57
중력이란? 58
만유인력 = 휜공간효과 59
Wormhole 벌레구멍 멀리떨어진우주공간을연결해주는통로 블랙홀의양끝을연결해준다. 웜홀을통과할때과거의시간으로갈수있다. 60
일반상대성 이론의증명 에딩턴의개기일식관측 1919 년 휜공간을따라빛이휘지않았다면태양뒤에가린실제의별은보이지않았을것이다. 태양뒤에가린실제의별 중력에의해공간이휜다 실제로관측된겉보기별 휜공간에따라빛이휜다 61
중력에저항하는 달리 십자가에못박힌예수 Corpus Hypercubus 1954
생동하는정물 Animated Still Life 1956
휘어진시공간 The Persistence of Memory Salvador Dali, 1931
블랙홀 큰질량의별이자체중력으로붕괴시작 자체중력우물속으로점점깊이 시간지평선형성직전 특이점형성 무거운별이죽으면강한만유인력에의해급격히수축하여블랙홀을만든다.
블랙홀과시간 블랙홀주위에서는시간이느리게간다.
Wormhole 벌레구멍 멀리떨어진우주공간을연결해주는통로 블랙홀의양끝을연결해준다. 웜홀을통과할때과거의시간으로갈수있다.
상대성이론과 GPS 아인슈타인이없이 GPS 를사용한다면 안양을향해일산을떠난차가 분당에도착한다.
공간에따른시간의상대성
상대성이론과 GPS
인공위성의시간 GPS 인공위성 2 만km상공에서 시속 1 만 4 천km로움직임. + 45 μs 일반상대성이론 중력이약하면시간은빨리간다. 속도가빠르면시간은천천히간다. 특수상대성이론 - 7 μs
퀴즈 & Fun Stuff 내가상대성이론을이해하기는한것일까?
1. 시간의동시성 2008년겨울, 방학을맞아고향에내려갔다. 인터넷도없고심심한데여자 ( 남자 ) 친구는전화도없다. 전화를기다리는내게스스로화가난다. 마당에서멀쩡한감나무를흔들었다. X 까치밥으로남겨놓은감이떨어졌다. 감을받고서박찬호흉내를내며수평으로던졌다. 마침감의운동방향과반대방향으로경운기를타고지나가던삼촌이내가던진감을보았다. 내가목격한감과삼촌이목격한감은동시에움직였다.
2. 광속불변의법칙 주말이다. 연인과함께춘천으로나가게되었다. 신난다. 멀리앞쪽에서다가오는앰뷸런스소리가들렸다. 자동차에서듣는소리는내가이동하는속도만큼빨라지고반대로멀어지면그만큼소리의속도도느려진다. X 맘은급한데고속도로는꽉막혔다. 그래서광속의 ¾ 속도로달리는기차로갈아탔다. 그런데어떤 XX 놈이기차지붕위에서광속의 ¾ 속도로달리고있는것이아닌가? 그렇다면이 XX놈은광속의 1.5배로다리는셈이구나.
3. 시간지연효과 방사선은우주가생성되었을때부터존재했다. 우주선은방사선의하나로에너지가큰입자로이루어졌다. 우주선이지구에도달하는과정에서대기의상층부에서많은소립자가만들어진다. O 뮤온도그가운데하나다. 그런데뮤온의수명은 2마이크로초에불과하다. 그렇다면뮤온입자가지표면에도달할수있는것은특수상대론효과때문이다.
통계 서울대, KAIST, 포항공대물리학과학생 일반상대성이론과특수상대성이론을이해한다고대답한 ¾ 학생만 정답률 1. 시간의동시성 : 81% 2. 광속불변의법칙 : 99% 3. 시간지연효과 : 94%
2017-08-28
빅뱅우주론에서인간의미래까지 날짜 5월 11일 18일 25일 17일 24일 6월 1일 8일 15일 주제 우리는어디에서와서어디로가는가? - 빅뱅우주론 해는동쪽에서떠오른다 - 천동설과지동설의대결 時間을지배하는者가歷史를지배한다! - 달력과권력의이중주 세상에절대적인것은없다 - 아인슈타인의상대성이론 비글호를타고서 - 생명진화의역사 ET 를찾아서 - 우주생물학과외계생명체 전쟁과평화 - 과학과종교의대화 우리는몇 % 인간인가? - 인간의미래와합성생명
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