굽은 시공간

아인슈타인의 일반 상대성 이론은 정적 유클리드 기준 틀 내에서 거리를 가로질러 작용하는 중력에 대한 뉴턴의 개념을 거부하고 대신 중력을 힘이 아니라 휘어진 시공간(curved spacetime)이 표현된 것으로 설명했다. 물체는 먼 물체의 직접적인 영향을 받지 않고 시공간적 국부 기하학에 의해 결정되는 휘어진 경로인 지름길(geodesic)을 따라 이동한다. 이 프레임워크는 두 가지 기본 원리로 이어졌다. 물리 법칙은 사용된 좌표계와 관계없이 동일하다고 주장하는 좌표 독립성과 중력의 효과가 충분히 작은 공간 영역에서 가속도의 효과와 구별할 수 없다고 주장하는 동등성 원리이다. 이러한 원리는 아인슈타인의 장 방정식에 공식화된 시공간 기하학을 통해 중력에 대한 더 깊은 이해의 토대를 마련했다.

개요

뉴턴의 이론은 운동이 모든 공간과 모든 시간 전체에 걸쳐 확장되는 강체 유클리드 기준 프레임의 배경에 대해 발생한다고 가정했다. 중력은 신비한 힘에 의해 매개되며, 거리를 가로질러 순간적으로 작용하며, 그 작용은 개입하는 공간과 무관하다.^{[내용 주 1]} 반면, 아인슈타인은 공간 전체에 걸쳐 확장되는 배경 유클리드 기준 틀이 있다는 것을 부인했다. 중력이라는 힘은 존재하지 않으며, 시공간 자체의 구조만 존재한다.^[1]^:175–190

위의 굽은 시공간(curved spacetime)을 기초적으로 설명한 것에서 중력을 완전히 설명하려면 텐서 미적분학과 미분 기하학이 필요한데, 이 두 주제는 모두 상당한 연구가 필요하다. 이러한 수학적 도구가 없다면 일반 상대성 이론에 대해 쓸 수는 있지만, 사소하지 않은 도출을 증명할 수는 없다.

시간의 곡률

공간의 곡률

시공간 곡률의 근원

에너지-운동량

압력과 응력

시공간 곡률의 근원에 대한 실험적 테스트

정의: 능동적, 수동적, 관성적 질량

중력원으로서의 압력

중력자기

같이 보기

내용 주

↑ 뉴턴 자신도 이러한 가정에 내재된 어려움을 예민하게 알고 있었지만, 실제적인 문제로서 이러한 가정을 하는 것이 그가 진전을 이룰 수 있는 유일한 방법이었다. 1692년에 그는 친구 리처드 벤틀리에게 편지를 썼다. "중력이 물질에 타고난, 본질적인 것이며, 한 물체가 진공을 통해 멀리 떨어진 다른 물체에 작용할 수 있고, 다른 어떤 것도 매개되지 않고, 그 작용과 힘이 한 물체에서 다른 물체로 전달될 수 있다는 것은 나에게 너무나 큰 부조리로 여겨져서 철학적 문제에 대한 유능한 사고 능력을 가진 사람은 결코 그것에 빠질 수 없다고 믿는다."

각주

↑ Taylor, Edwin F.; Wheeler, John Archibald (1992). 《Spacetime Physics: Introduction to Special Relativity》 2판. San Francisco, California: Freeman. ISBN 0-7167-0336-X. 2017년 4월 14일에 확인함.

[1] 뉴턴 자신도 이러한 가정에 내재된 어려움을 예민하게 알고 있었지만, 실제적인 문제로서 이러한 가정을 하는 것이 그가 진전을 이룰 수 있는 유일한 방법이었다. 1692년에 그는 친구 리처드 벤틀리에게 편지를 썼다. "중력이 물질에 타고난, 본질적인 것이며, 한 물체가 진공을 통해 멀리 떨어진 다른 물체에 작용할 수 있고, 다른 어떤 것도 매개되지 않고, 그 작용과 힘이 한 물체에서 다른 물체로 전달될 수 있다는 것은 나에게 너무나 큰 부조리로 여겨져서 철학적 문제에 대한 유능한 사고 능력을 가진 사람은 결코 그것에 빠질 수 없다고 믿는다."

[Taylor-2] Taylor, Edwin F.; Wheeler, John Archibald (1992). 《Spacetime Physics: Introduction to Special Relativity》 2판. San Francisco, California: Freeman. ISBN 0-7167-0336-X. 2017년 4월 14일에 확인함.

[내용 주 1]

[1]