중력과 인력? 이 둘의 차이를 단박에 알려준다.jpg

일단 모든것의 시작은

아이작 뉴턴이 발견해 낸

만유인력에서 시작 된다

여기서 만유는 수식어니깐

그냥 인력만 써도 됨

만유인력의 법칙은 별거없음

그냥 모든 물질은 서로 끌어 당긴다는 거임

이게 굉장히 혁신적인 발상이였던게

지상의 법칙과 하늘의 법칙은 다르다고 믿어왔거든

근데 뉴턴이 이 법칙으로 수천년간 믿어왔던 이론을

깨부숴버림

다시 만유인력으로 돌아가 정의하자면

질량이 있는 모든 물체는 인력이 발생한다

그리고 그 영향 범위는 무한대

그러자 당대의 과학자들은 곰곰히 생각해 보았다

이거 혹시 태양과의 거리와 행성들의 궤도를 예측해서 알 수 있을까?

당시 과학자들은 목성이나 토성 같은 행성들이 공전을 하고 있는 것은 알고 있었는데

왜 공전을 하고 있는지 몰랐음

그런 와중에 뉴턴이 만유인력의 법칙을 발견하면서

과학자들이 이 법칙을 가지고 행성의 궤도를 계산을 해보니

며칠 뒤의 위치가 매우 정확하게 일치함

이렇게 만유인력의 법칙이 실증적으로 검증이 되면서

각광을 받기 시작함

근데 여기서 문제가 발생함

천왕성의 궤도의 계산결과가

만유인력의 법칙과 맞지를 않는거임

일반인 같으면 만유인력 이거 사기 아님?이랬을테지만

그럼에도 과학자들은

관측결과와 계산결과를 면밀히 비교하면서 검토하기 시작함

그랬더니 놀라운 일이 발생함

그것은 천왕성 근처의 거대한 인력체가 있다는 사실을 발견한 거임

그렇게 과학자들은 거대 인력체의 위치,거리,질량들을 계산해 내버림

그리고 그 계산결과를 바탕으로 거대 인력체가 있는 곳을 보니

해왕성이 발견된 거임

이렇게 만유인력법칙의 지위는

불변의 진리처럼 되어버리는 듯 했다

그로부터 수백년 후....

이번엔 수성의 궤도가

만유인력의 법칙이랑 맞지를 않는거임

이상하게 관측장비가 정밀화 될 수록 이 차이는 계속 벌어졌음

결국 수성의 근일점이 만유인력의 법칙으로 나온 결과와

100년에 50초 정도 어긋난다는 결과가 나옴

이문제는 한동안 풀리지 않는 세기의 미스터리였음

이 문제를 해결한 사람이 바로

아인슈타인임

그는 중력이라는 개념을 도입해

만유인력의 법칙을 보완하기 시작함

이게 바로 일반 상대성 이론임

아인슈타인은 일반 상대성 이론을 설명하기 위해

중력을 생각하지 않는 특수 상대성 이론을 구축함

특수 상대성 이론을 설명하기 위해 두개의 원리를 가져왔는데

그게 광속도 불변 원리 즉 진공에서 모든 빛의 속도는 똑같다와

상대성 원리 즉 모든 관성좌표는 등가이다라고 하는거임

아인슈타인은 이 원리를 이용해

시공간을 분리시켰고

시공간이 자유자재가 됬을때

종래의 역학과 전자기학이 통합이 되어버림

아인슈타인은 이걸 특수 상대성 이론으로 발표해 버렸음

특수 상대성 이론의

대표적인 증거가 바로 적색편이임

한마디로 정의하자면 광원이 멀어질수록 붉은색~적외선

광원이 가까워질수록 푸른색~자외선이 방출된다는 이야기임

만약 광원이 내 주위를 돌고 있다면 어떻게 될까?

멀어지지도 가까워지지도 않으니 적색편이는 일어나지 않는다

하지만 아인슈타인은 생각했다 빛은 다르다고

광원의 속도가 빠르면 빠를 수록 적색편이가 더 심해진다고 생각한 거임

왜 적색편이가 발생하는가?

광속불변의 원리 때문에

빛의 속도는 초속 30만km

그리고 빛은 사방으로 퍼진다

원운동을 하는 광원의 진행방향으로 방사되는 빛은

뒤로 나오는 빛보나 느리면 안됨

따라서 광속도 불변의 원리를 지키기 위해서

아인슈타인은 시간을 느려지게 만들어 버림

님들이 생각하기에 너무 억지 같지 않음?

당시에도 너무 억지 같아서 비판을 많이 받았음

물론 이건 후대에 와서 인공위성 실험으로 명백하게 밝혀진 사실임

아무튼 이렇게 특수 상대성 원리가 완성 되었고

거기에 중력을 끼얹어 일반 상대성 원리를 만듬

그럼 아인슈타인은 어떻게 중력을 끼워 맞추었나?

거기서 아인슈타인이 사용한게 등가원리임

아인슈타인은 특수 상대성 이론에서 중력은 완전히 무시했지만

가속과 감속 같은 운동

즉 가속계는 중력과 같다라고 깨달음

이게 등가원리임

아무튼 이렇게 님들은 일반 상대성 이론까지 배웠음

여기서 빛은 고속으로 이동할때 말고

가속할때도 적색편이가 발생한다는 것을 아인슈타인이 알아냄

아까 광속도 불변의 법칙에 의해

빛은 가속할 때에도 초속 30만키로를 유지해야만 함

그치만 가속하고 있는 빛이란건

추가 가속을 얻고 있기 때문에

시간을 느려지게 할 수 밖에 없음

실제로 가속계는 시간이 느리게 감

이렇게 다시 수성으로 돌아옴

수성은 태양과 가깝기 때문에

중력포텐셜이 작고

공전 스피드도 엄청남

이때문에 시공이 비틀리고

만유인력의 법칙이 틀렸던거임

그리고 일반 상대성 이론을 가지고

다시 계산한 결과 관측결과와 예측결과가 정확히 일치하게 되어버림

수성의 근일점 오차가 해결이 되어버렸음

이렇게 뉴턴이 창안해 낸 인력은

아인슈타인이 보완해 낸

중력에 의해 대체 되었다