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3월 27일 금요일 저녁 7시 30분 서울 백북스 정기 강연회는 멀리 부산대학교에서 물리학을 가르치시는 김상욱 교수님의 <시간 연대기> 입니다. 물리학에 관심있으신 분들의 많은 참여바랍니다.

매월 마지막 주 금요일은 백북스하는 날!


<시간 연대기>내용 요약

시간과 공간에서부터 시공간까지

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우주를 이해하기 위한 방정식의 하나 그 이름도 거룩한 일반상대성 이론

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우리는 상대성이론을 직관적으로 이해할 수 있는 신체 모듈이 내장되어 있지 않습니다. 수천년 동안 문화가 진화하고 물질이 문화에 개입하면서 우리는 서서히 이것을 넘어서고 있으며,상대성이론이라는 물질적 개입으로 우리의 직관이 어떻게 무너지고 어떻게 새로운 시간을 느끼고 우주를 새롭게 이해하게 되었는지 알 수 있다고 저자는 말합니다.

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아인슈타인의 초기 논문들을 검토하던 민코프스키는 상대성이론을 기하학적 용어로 변환하는 방법을 알아냈고, 이는 이후 우주론을 기술하는 방식을 완전히 바꾸어 놓았다. 민코프스키는 상대성이론이 단순히 공간에 펼쳐진 사물과 관련된 것이 아니라, 전체적으로 볼 때 시간과 공간에서 일어나고 있는 사건들의 구조를 기술하고 있음을 발견했다.

상대성이론에서 사건은 중요하게 다루어지는 실제 사물이다. 우주선에서 방출된 광신호는 하나의 사건이다. 멀리 떨어진 행성에서 그 광신호를 수신하는 것은 두 번째 사건을 구성한다.

전 우주는 시간과 공간 안에 자리한 사건들의 거미줄에 지나지 않는다. 민코프스키는 이 사건들이 3차원공간에서 단독으로 차지하고 있는 위치나 또는 시간에서 단독으로 차지하는 위치는 중요하지 않다는 것을 깨달았다. 중요한 것은 상대성이론이 더 큰 무언가의 안에서 망처럼 얽힌 사건들 사이의 관계를 맺어준다는 것이다.

민코프스키는 상대성이론을 시공간의 기하학적 구조, 새로운 4차원 실제 안으로 집어넣었다. 시공간은 물리학의 드라마가 상연되는 새로운 무대였다.“

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여기서 아인슈타인의 일반성대성이론을 도출하기위한 사고실험이 계속됩니다. 등가원리입니다.

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아인슈타인은 자신이 홀로 창문 없는 우주선 캡슐을 타고 우주공간에 떠 있다고 상상하면서 이렇게 물었다. ”캡슐이 이동하고 있는지 어떻게 알 수 있을까?“ 우주선은 끝에 강력한 로켓엔진을 달고 먼 우주 어딘가에 있다. 로켓엔진이 꺼져있다면 캡슐이 이동하고 있는지 알 수 있는 방법은 없다. 항성들을 기준으로 볼 때, 정지해 있을 수도 있고 등속운동을 하고 있을 수도 있다. 뭐가 됐든 작은 캡슐 안에서는 당신과 당신이 싣고 온 물품들이 자유자재로 떠다닐 것이다. 어떤 실험을 하더라도 정지 상태와 등속운동 상태 사이의 차이는 드러나지 않는다. 이제 로켓엔진이 가동된다고 생각해보자.... 로켓에 의해 캡슐의 속도가 빨라지면 캡슐의 바닥’(이곳에 로켓이 위치해 있다.)이 갑자기 솟아올라 당신과 닿게 된다. 캡슐바닥이 당신과 장비들을 위로 밀어올리고 로켓 엔진은 쉴 새 없이 밀어낸다. 이제 당신은 바닥에 딱 붙은 채 마치 아래로 계속 짓눌리는 것 같은 기분이다. 바닥 쪽으로 당겨지는 것처럼 느껴지는 것이다.

사고실험을 하던 바로 이 순간 아인슈타인은 깨닫게 된다. 가속운동을 하는 로켓에 탑승한 사람이나 지구표면에 정지해 있는 로켓을 타고 있는 사람이나 같은 경험을 한다. 중력이나 로켓의 가속운동은 같은 효과를 내는 것이다. 발사된 로켓의 닫혀 있는 캡슐 안에서 실험을 수행하면 중력과 우주선에 가해진 가속력의 차이를 구분할 수 없다. 이 두 상황은 다른 상황으로 느껴지지 않는다. 다시 말해 물리학적 관점에서 보면, 두 상황은 동일하다.

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이런 원리는 아인슈타인이 과감한 개념적 도약을 할 수 있게 만들었다. 아인슈타인은 뉴턴의 중력이론을 버리고 자신의 이론을 공식화한 민코프스키를 기반으로 뉴턴의 중력을 시공간의 기하학으로 대체했다. 이제 4차원 시공간의 기하학적 구조는 외부에서 힘이 가해지면 외형이 쉽게 변하는 것이 되었다. 시공간은 늘어나거나 구부러질 수 있는 신축성 있는 천과 비슷하다. 시공간이 엿과 같은 물질로 변할 수 있게 된 원인은 아인슈타인의 상대성이론에 의해 물질과 에너지가 서로 변환될 수 있다는 데 있었다.“(계속됩니다)

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