빛과 공간, 상대성이론

일식은 태양과 달, 지구가 일직선이 되고, 달이 태양을 가리는 것이다.

일식이 일어나 달이 태양을 가려 하늘이 어두워지면, 별이 보이게 되는데, 보통 태양의 뒤에 위치한 별은 우리에게 보이지않아야 한다.

근데 우리가 어떻게 별을 볼 수 있는 것일까? 아인슈타인의 상대성 이론을 이용해 설명 할 수 있다.

 

아인슈타인은, 상대성 이론과 중력에 관해 생각하면서 한가지 생각이 떠오르게 된다. 바로 우주에 관한 것이다.

우주에서 가속운동을 하면, 가속운동의 반대 방향으로 물체가 쏠리게 되는데, 그것은 지구가 우리를 잡아당기는 힘과 같은 것이다.

또한 아인슈타인은, 낙하(= 가속운동) 할때, 자신의 무게는 느끼지 못한다. 즉, 중력의 영역은 사라진다고 말한다.

속도나 방향이 바꾸면 우리는 그것을 가속운동이라고 한다. 대표적으로는 원 운동이 있다.

원운동이 빨라지면, 특수상대성 이론에 의해 원의 둘레가 줄어들게 되는데, 왜 원의 둘레만 줄어드는것일까?

이는 워싱턴의 한 이슬람 사원을 예로 밝힐 수 있다.

워싱턴 사원에서 기도를 하는 사람들은 메카 쪽을 향해 기도를 올린다. 사원도 메카쪽인 북동쪽을 향해 지어졌다.

하지만, 세계지도를 보면, 워싱턴에서 메카로 향하는 방향은 남동쪽이다. 왜 북동쪽이 아닌 남동쪽인 것일까?

세계지도에서 워싱턴과 메카로 향하는 방향은 평면으로 보기때문에 남동쪽이다. 정확한 방향을 보기 위해서는 지구본 상태로 방향을 봐야하는 것이다. 그렇기에, 워싱턴에서 메카로 향하는 방향은 북동쪽이 정확하다. 지구본에서 북동쪽을 향하던 길이, 평면에서는 휘어져 남동쪽으로 향하게 되는것이다.

이는 독일 수학자 리만의 논문에 나오는 수학인데, 아인슈타인은 이를 원운동에 적용했고, 원운동의 속도가 빨라지면, 원의 둘레가 짧아지는 이유가 공간이 휘어져있기 때문이라는 것을 밝혀낸다. 공간이 휘어져 있기 때문에, 빛도 휘어진다고 말한다.

따라서, 태양의 뒤에 별이 위치했는데도 불구하고 일식때 우리가 별을 볼 수 있는 이유는, 질량이 존재하는 곳은 공간이 휘어지고, 빛도 따라 휘어지기 때문에 우리가 별을 볼 수 있는 것이다.

아인슈타인은, 중력이 잡아당기는 힘이 아니라 공간이 휘어지기 때문에 생기는 것이라고 말한다.

이렇게 중력에 관해 뉴턴의 시대가 끝이나고, 상대성이론과 관련된 아인슈타인의 새로운 중력의 시대가 열리게 된 것이다.

 

아인 슈타인의 상대성이론 쉽게 이해하기