2007/11/07 12:31

특수 상대성 이론; without math (1) Views by Engineer

  Paul Adrien Maurice Dirac 포스팅에 달린 답글 중, BigTrain님과 크리스님이 쓰신 것을 다시 옮기죠.

Commented by
BigTrain at 2007/11/02 01:07 #x
양자역학은 한 번 교양삼아 읽어보고는 싶은데 도저히 직관적으로는 이해가 안되더군요. orz...
Commented by 크리스 at 2007/11/02 11:09 #x
정말이지 양자역학을 읽을 때는 좀 알 것 같은데 돌아서면 뭘 본 건지 전혀 모르겠더라고요. -_ㅠ

  제가 여기에 계획한 포스팅 시리즈에서 하려는 일은, 바로 수학적 내용을 (거의) 사용하지 않고, 고등학교 때 문과 나오신 분을 위해 상대성 이론과 양자역학을 간단히 설명하려는 것입니다.  당근 이과 교육을 받으신 분들께는 읽을 필요가 없는 포스팅이죠.  물론 제가 아는 범위가 넓지 못하기 때문에 수박 겉핥기 정도에 그치겠습니다만.

  제 실력으로 볼 때 거의 미친 짓에 가깝습니다만, 제가 (
제 홈페이지에서 보시듯이) 다소 돈키호테 기질이 있기도 하고, 일본 고단샤의 블루 백스 시리즈 같은 대중 해설서들이 우리 나라에는 매우 드물거든요(다행히 번역은 꽤 돼 있습니다만 제법 비쌉니다).  웹에서나마 이런 일을 다소 해서, 여기 오시는 몇 안 되는 웹 친구분들께서 20세기 물리학의 정수인 이 두 이론이 어떤 토대에 서 있는지를 조금이나마 더 이해하신다면 제 즐거움으로 생각하겠습니다.

漁夫

  특수 상대성 이론입니다.

  특수 상대성 이론은 일정한 속도로 움직이는 물체에 관한 물리학입니다.  그러니까, 속도가 점점 빨라지거나 느려지는(변하는) 경우는 다루지 않기 때문에 '특수'라는 말을 붙이죠.  더 정확하게 말하면, 물체의 속도가 변하려면 그 물체에 힘을 가해야 하니까 특수 상대성 이론은 어느 물체가 힘을 안 받고 있을 때 적용할 수 있습니다..... 음, 뭔 소리?

  사설은 이만 하겠습니다(저렇게 말하면 너무 딱딱하겠죠).  일단, 여러분의 친숙한 경험을 한 번 떠올려 보시기 바랍니다.  엘리베이터가 움직이기 시작해서 멈추기 전 한 중간 쯤, 속도가 거의 일정해지면 그 안에서 '움직이는지 안 움직이는지 모르겠다'는 느낌을 받으신 적이 있으실 겁니다.  옆사람과 얘기하고 있다 보면, 움직이고 있다는 사실 자체를 까먹었다가 멈출 때에야 (즉, 속도가 줄어들 때) 깨닫죠.
  이것은 우연이 아닙니다.  어떤 물체에 힘을 가하지 않으면, 멈춰 있든지 일정한 속도로 운동하든지 둘 중의 하나기 때문입니다.  그리고 이 둘은 여러분의 느낌으로나, 물리학적으로나 분별이 불가능합니다(기술적으로 말하면, 둘 다 가속도가 0인 경우입니다).  바로 이것이 특수 상대성 이론의 첫째 가정입니다.

  공리 1. 속도가 일정한 물체들에는 모두 같은 물리 법칙을 적용할 수 있다(발생하는 물리 현상이 동일하다). 
            (약간 기술적으로는, '관성계에서는 물리 법칙이 모두 동일하다'입니다.  힘을 안 받으면 물체는
             관성에만 따르고, 이 상태는 속도가 일정하므로 제 설명과 내용이 완전히 같습니다)

  이 첫째 가정은 우리들의 경험과도 일치하므로 이해가 그리 어렵지 않습니다만, 다음 가정은 상식과는 완전히 다르기 때문에 결론부터 말하고 이유를 설명하겠습니다.

  공리 2. 모든 속도가 일정한 물체들에서 진공 중의 광속도는 항상 일정하며, 물체의 속도에 무관하다.
            (약간 기술적으로; 관성계에서 진공 중의 광속도는 모두 동일하게 관측된다)

  이게 왜 상식과 어긋나냐고요?  
  자, 여러분이 기차길 옆에서 시속 20km의 일정한 속도로 지나가는 기차를 보고 있다고 생각해 보죠.  그리고 광속도가 시속 40km라고 생각해 봅시다.  기차 안에서 누군가가 전등을 켜고 빛의 속도를 쟀더니 40km/hr라는 데까지는 문제가 전혀 없습니다.  기차 안에 있는 사람은 기차가 움직이는지 모를 테니까요(공리 1을 보십시오).  그런데 공리 2에 따르면, 기차 밖의 여러분도 기차 안의 전등에서 나온 빛의 속도를 쟀을 때 40km/hr란 값을 얻는다는 말입니다.  60km/hr가 아니라요.

  (to be continued)


덧글

  • 가고일 2007/11/07 13:17 # 답글

    블루백스......15년 전쯤에는 전파과학사 번역본이 3000~5000원 정도 해서 싼맛에 여러분야를 사서 읽었는데....요즘도 신시리즈가 나옵니까? (고단샤든 전파과학사든)
  • 어부 2007/11/07 15:33 # 답글

    한 10 년 전에 하나 샀는데 - 제가 전에 포스팅했던 '대장 X파일' 말입니다 - 그 때 9000원이더군요. 요즘은 어떤지 모르겠습니다.
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