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상대성이론

  • 스티븐 와인버그 교수 인터뷰Part5. “‘최종 이론’ 찾을 때까지 탐구 멈추지 않을 것” 모든 물리학 법칙에는 그에 대응하는 상징적인 인물이 있다. 상대성이론을 말하면 누구나 알베르트 아인슈타인을 떠올리고, 양자역학의 경우 닐스 보어와 에르빈 슈뢰딩거 등이 대표적인 인물이다. 그렇다면 표준모형을 상징하는 인물을 단 한 명만 꼽으라면 누구를 꼽을 수 있을까. 가장 최근에 세계적으로 널리 알려진 인물은 아마도 ‘힉스 입자’의 주인공인 피터 힉스 영국 에든버러대 명예교수일 것이다. 하지만 그에 앞서 ‘표준모형의 아버지’라고 부를 수 있는 사람이 있다. 1960년대 표준모형의 태동기부터 표준모형을 넘어선 새로운 물리학을 논하는 요즘까지 빠지지 않고 등장하는 이름, 바로 미국 텍사스대 물리학과 스티븐 와인버그 교수다. 83세(1933년생)의 나이가 믿어지지 않게 아직도 왕성하게 활동하고 있는 와인버그 교수를 과학동아 30주년...
  • [Knowledge] 뉴턴이여, 나를 용서하시길! 1955년 4월, 저명한 과학사학자 I. 버나드 코엔이 아인슈타인을 찾아가 인터뷰를 했다. 그로부터 2주 뒤 아인슈타인이 세상을 떠났기 때문에 그 인터뷰는 아인슈타인의 생각을 마지막으로 읽을 수 있는 기회였다. 코엔은 벤저민 프랭클린과 아이작 뉴턴에 대한 방대하고 엄격한 연구로 정평이 나 있지만, 아인슈타인을 만날 무렵만 해도 막 41살이 된 젊은 과학사학자였다. 코엔은 새로운 과학개념이 어떻게 생겨나는지 그리고 실험이 이론의 창조와 어떻게 연관되는지에 관심이 많았다. 특히 뉴턴이 수학과 수리물리학뿐 아니라 실험과학에서도 천재적이었음에 주목하고 있다고 아인슈타인에게 말했다. 아인슈타인 역시 자신이 뉴턴을 평생 흠모하고 그에게 경탄했다고 대답했다. 청년 시절에 아인슈타인이 쓴 아래 시를 보면 뉴턴에 대한 존경이 드러난다. 그런데 아인슈타인의 자서전...
  • 상대성이론 100년사 ➒[Knoledge] 우리의 소원은 통일이론 유료 일반상대성이론은 중력이론인 동시에 시간과 공간과 물질에 대한 가장 ‘일반적인’ 이론의 유력한 후보다. 이때 일반적이라는 말은 모든 것을 일관되게 서술할 수 있다는 뜻이다. 여러 다양한 현상을 하나의 이론으로 통일해 설명할 수 있다면 그 이론은 더 진리에 가깝다고 생각할 수 있다. 그렇다면 세상의 모든 것을 통일해 서술하는 이론, 즉 궁극의 이론은 어디에 있을까. 뉴턴의 가장 위대한 업적은 달 위의 세계와 달 아래의 세계에서 통하던 법칙을 통일한 것이다. 덕분에 고대 그리스부터 중세 유럽의 대학까지 강력한 영향을 미쳤던 아리스토텔레스주의 자연철학(지상계와 천상계는 구성요소와 기본 법칙이 다르다)을 극복할 수 있었다. 뉴턴은 의도하지 않은 채 지상계와 천상계를 통일했지만, 19세기에는 본격적으로 통일 이론을 위한 노력이 전개됐다. 독일 낭만...
  • 상대성이론 100년사 ➋[Knowledge] 절대공간은 존재할까? 오늘의 이야기 주제는 ‘공간’이다. 뉴턴 이전에는 모든 변화를 ‘운동’이라고 여겼다. 하지만 뉴턴은 단지 ‘물체의 위치 이동’만이 운동이라고 주장했다. 이 과정에서 자연스레 ‘물질의 양’이 존재하는 그릇이 필요했는데, 이게 바로 ‘공간’이었다. 뉴턴이 제안한 공간 개념은 특수상대성이론에서 시간과 공간의 4차원 연속체로 확장됐다. 일반상대성이론은 바로 이 4차원 시공간이 어떻게 물질로부터 정해지는지, 그리고 그 안에서 물질이 어떻게 운동하는지를 설명해주는 가장 아름다운 이론이다. 공간을 둘러싼 뉴턴과 라이프니츠의 논쟁, 그리고 역사적으로 계속된 철학적 논쟁을 이해한다면 일반상대성이론의 참된 의미를 더 잘 알 수 있게 될 것이다. 우정처럼 시공간도 관계다? ‘공간이란 무엇인가’...
  • 상대성이론 100년사 ➌[Knowledge] ‘휘어진 시공간’은 어떻게 증명한 걸까 ‘지붕에서 떨어지는 사람은 중력을 느낄 수 없다.’ 일반상대성이론의 출발점이 된 아인슈타인의 유명한 사고실험이다. 그는 중력효과와 가속도효과를 구분할 수 없으므로 중력과 가속도는 같다고 생각했다(등가원리). 이런 좋은 아이디어를 가지고 있으면서도 아인슈타인은 어떻게 중력을 이론으로 설명할지 한동안 전혀 감을 잡지 못했다. 중력을 나타내는 함수가 문제였다. 이제까지 중력을 나타낸다고 생각한 단순한 실수값 함수는 새로운 이론을 담기에 역부족이었다. 그에겐 새로운 수학이 필요했다. 돌파구는 대학 동창에게서 나왔다. 친구 마르셀 그로스만은 당시 모교인 스위스 취리히공대 수학과 교수로 있었다. 아인슈타인에겐 대학 시절에 배운 가우스의 곡면이론이 중요하리라는 직관이 있었지만, 가우스 이후의 미분기하학은 전혀 모르고 있었다. 미분기하학...