첫 수업은 월요일 부터 였다. 그런데 그 날 부터 오늘까지 로보코드 때문에 정신이 없었다. 그래서 오늘 부터 정리한다.
현대물리란 무엇인가.
현대라는 말은 붙어 있지만 지금의 시대라는 말보다는 역사적으로 현대라는 부르는 시대에 사용하는 물리라는 뜻이 강한 것 같다. 어째든 이에 대비되는 말로 고전역학이라는 말을 사용한다. 고전역학은 Newton 역학 그리고 전자기학으로 나누어져 있다. Newton 은 잘 알다시피 힘의 3가지 원리를 설명해낸 사람이다.
현대물리는 상대론과 양자론으로 나누어져 있다. 상대론의 시작은 1905년 아인쉬타인으로 부터이다. 한 사람으로 부터 시작하기 때문에 양자론 보다 조금은 쉽다고 한다. 양자론은 1900년 초 여러 사람들에 의해 시작되었으므로 여러 사람의 생각을 배워야 하기 때문에 조금은 어렵다고 한다.
고전역학의 관점은 큰 물체이다. 분자 수준 이상의 큰 물체의 힘에 대해 다르는 학문이다. 상대론의 관점은 속도가 빛에 가까워지면 힘이 어떻게 되는가를 설명한 학문이다. 양자론은 매은 작은 세계. 원자 수준의 세계에 대한 설명으로 모든 것은 확률로 설명한다. 여기에 상대양자론이라고 해서 원자 수준에 작은 물체가 빠른 속도를 가지면 어떻게 되는가를 다루는 학문을 따로 나눌 수도 있다고 한다.
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여기에 부터 공책에 적은 내용이다. 그림도 있고 수식도 있는데 어떻게 다 설명할 수 있을까. 공학에서 수식이 필요하긴 하지만 그 수식을 보고 설명하는 능력도 중요하고 생각한다. 그래서 내가 배운대로 설명하려고 노력해본다.
1. 특수 상대론의 가설 (공책을 그대로 적는 기분이군. )
기준계(reference frame) : 관측 가능한 물리량(위치,속도, 시간 ...)은 기준계에 따라 변한다.
관성 기준계(inertial ... ) : 정지해 있거나 등속도 운동하는 기준계.
우리는 보통 정지하면서 움직이는 물체를 관찰한다. 버스나 기차를 타고 가면서 창밖을 관찰하기도 한다. 그럴 때 우리자신을 중신으로 좌표를 만들 수 있다. 이러한 개념이 기준계라는 말 같다. (미안하지만 난 물리를 잘 모른다. 그래서 ~ 같다라는 말이 많이 나올 것이다. 더군다나 수업시간 집중 못하는 학생이라서. ). 내가 기차를 타고 갈 때 가속하거나 감속하지 않고 일정한 속도로 움직일 때 기차안의 나를 원점으로 좌표를 만들수 있다. 이 때가 관성 기준계이다.
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특수 상대성이론과 일반 상대성 이론
특수 상대성 (Special Relativity) : 관성 기준계에서 나타나는 상대론적 효과를 다룬느 이론
일반 상대성 ( General Relativity) : 가속 기준계를 포함하는 모든 기준계의 상대론적 효과를 다룸
특수라는 말과 일반이라는 말이 혼동 될 수도 있다. 일반이 너 넓은 범위의 상대론을 다룬다. 그래서 더 복잡하다는 말이다. 특수 상대성은 일반상대성 중 일부분의 경우를 다룬다.
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특수 상대성 이론의 가정
1. 모든 물리 법칙은 모든 관성 기준계에서 동일하다.
2. 진공중에서 빛의 속도는 모든 관성 기준계에서 동일하다.
1번은 어느 정도 가능할 거라고 믿을 수 있다. 2번은 그다시 신뢰가 가지않는다. 가정이라지만 그 가정에는 어떠한 이유가 있기 마련인데.
2번을 가정할 경우 재미있는 현상이 발생합니다. 지구에서 빛을 발사할 때의 빛 속도와 빠른 속도의 우주선에서 쏜 빛 속도가 똑같다는 결론이 나옵니다. 쉽게 이해할 수 없는 가정이라고 느껴지기도 합니다.