아인슈타인의 일반 상대성 이론은 무엇인가요?

간단히 말하면 백여 년 전 아인슈타인이 창시한 일반 상대성 이론은 우주에 있는 천체의 중력 효과를 설명하는 중력 이론이다. 중력이론과 관련하여 우리가 가장 먼저 접한 것은 17세기 뉴턴이 제안한 만유인력의 법칙이었습니다. 그렇다면 아인슈타인의 중력 이론과 뉴턴의 중력 이론의 차이점은 무엇입니까?

뉴턴에 따르면 우주에서 질량을 가진 모든 물체 사이에는 중력이 있을 것입니다. 큰 천체부터 작은 박테리아까지 중력 효과는 항상 존재합니다. 거리가 아무리 멀더라도 중력이 존재하며, 이 효과는 순간적이고 먼 거리에서 발생합니다. 만유인력의 법칙에 따르면, 물체 사이의 중력은 물체의 질량의 곱에 정비례하고 물체 사이의 거리에 반비례합니다. 뉴턴의 만유인력 법칙은 사과가 땅에 떨어지는 이유, 지구가 태양 주위를 회전하는 이유를 설명하고 이전에 발견되지 않았던 행성인 해왕성의 존재를 예측할 정도로 성공적이었습니다.

그러나 19세기에 천문학자들은 중력 법칙의 결함을 발견했습니다. 행성이 태양 주위를 움직일 때, 근일점은 실제로 각 원마다 다릅니다. 이 현상을 근일점 세차라고 합니다. 행성이 태양에 가까울수록 근일점 세차 값이 커집니다. 수성은 근일점 세차 값이 가장 큽니다.

천문학자들은 관측을 통해 수성의 근일점 세차운동 관측값과 만유인력의 법칙을 통해 계산한 결과 사이에 약간의 차이가 있음을 발견했습니다. 관측값과 이론값의 차이. 100년당 43초로 관측오차보다 훨씬 크다는 점에서 이론에 문제가 있음이 틀림없다.

수성의 근일점 세차 문제가 완벽하게 설명된 것은 20세기 초 아인슈타인이 일반 상대성 이론을 제안한 이후였습니다. 일반 상대성 이론에 따르면, 공간은 뉴턴이 설명한 것처럼 절대적으로 평평한 것이 아니라 질량과 에너지의 작용에 따라 휘어집니다. 곡선 공간에서는 천체와 빛이 측지선을 따라 이동하여 중력 효과를 나타냅니다.

일반 상대성 이론에 따르면 태양은 주변 공간을 휘게 한다. 빛이 태양 표면 위로 지나갈 때 그 편향각은 약 1.75각초로 뉴턴의 중력 이론을 통해 계산한 결과의 두 배이다. 얼마 지나지 않아 에딩턴은 개기 일식이 일어나는 시점을 이용하여 배경 별이 태양 근처를 지나갈 때 빛이 편향되는 각도를 측정했습니다. 그 결과는 일반 상대성 이론을 더욱 확증한 아인슈타인의 예측과 일치했습니다.

이후 일반상대성이론의 여러 주요 예측들, 즉 중력적색편이, 중력시간팽창효과, 중력파 등이 차례차례 확인되면서 현대물리학에서 일반상대성이론의 중요한 위치를 확립하게 되었다. 일반 상대성 이론의 실제 적용 중 하나는 항법 위성의 시계 교정입니다. 항법 위성은 지구에서 멀리 떨어져 있고 지구 중력의 영향을 덜 받기 때문에 위성 시계는 지상 시계보다 빠르게 작동합니다. 또한 특수 상대성 이론으로 인한 시계 속도 저하 효과도 고려해야 합니다. 이 시간차는 매우 작지만 항법 위성 측위 프로세스 중에 큰 오류가 발생합니다. 따라서 항법위성이 정확한 측위를 달성하기 위해서는 상대성이론에 의한 시간팽창 효과를 제거할 필요가 있다.

지금까지 일반 상대성 이론은 우주의 중력 현상을 설명하는 데 가장 성공적인 이론이다. 만유인력의 법칙은 약한 중력장에서의 일반상대성이론의 대략적인 이론일 뿐이지만, 뉴턴의 중력이론은 형태가 더 간단하기 때문에 정확도 요구사항이 높지 않을 때 편리하게 사용할 수 있다.