우주와 상대성이론, 천문학의 역사, 근대 천문학과 현대천문학,자이델의 5수차,상대성 이론을 체험하는 입자, 뮤온,일반상대성 이론의 발생과정

소개글

우주와 상대성이론, 천문학의 역사, 근대 천문학과 현대천문학,자이델의 5수차,상대성 이론을 체험하는 입자, 뮤온,일반상대성 이론의 발생과정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 들어가며
2. 천문학의 발달
- 천문학의 역사
- 천문학자
- 고대의 천문학
- 중세의 천문학
- 근대 천문학과 현대천문학
- 천문학의 연대별 정리
3. 빛의 수차원리 &‘c\'에 관하여
- 광속
- 수차
- 자이델의 5수차
4. 특수 상대성 이론
- 특수상대성 이론의 두가지 원리
- 시간과 공간의 변화
※ 상대성 이론을 체험하는 입자, 뮤온
5. 일반 상대성 이론
- 일반상대성 이론의 발생과정
- 등가원리
- 공간, 빛의 휘어짐과 시간의 변화
※ 블랙홀로 보는 일반상대성 원리
6. 상대성 이론의 의미
7. 나오며

본문내용

변함없이 30만 km로 일정하려면, 시간이 느려져야 한다. 결국 중력이 강한 곳에서는 시간이 천천히 흐르므로, 멀리 떨어져 있는 관측자가 보면 빛이 천천히 나아가는 것처럼 보인다. 중력의 영향이 있을 경우에 광속도 불변의 원리가 성립하는 것은 각각의 관측자 근처의 좁은 범위로 한정된다. 멀리서 본 경우에는 겉보기 광속이 변한 것으로 보인다.
※블랙홀로 보는 일반 상대성 원리
엄청난 질량이 좁은 곳에 집중된 블랙홀에서는 공간이 극단적으로 크게 휘어져 구멍이 생긴다. 그래서 근처를 지나가는 빛은 블랙홀 속으로 삼켜진다. 블랙홀이 빛을 삼키기 때문에 멀리서 보면 우주에 떠있는 ‘검은 구멍(black hole)’으로 보인다. 엄청난 질량을 가진 블랙홀에 삼켜진 빛은 다시는 블랙홀 밖으로 나올 수 없다. 한편 빛을 삼켜버릴 정도로 중력이 강한 블랙홀의 경계에서는 시간이 정지해 있다. 일반 상대성 이론에 따르면 중력이 강한 곳일수록 시간의 흐름이 느려진다. 블랙홀에서 충분히 먼 곳에서 블랙홀에 떨어지는 사람을 보면, 시간의 흐름이 점점 느려지기 때문에 낙하하는 움직임이 점차 느려지는 것처럼 보인다. 블랙홀 경계면에 가까워질수록 시간의 흐름은 무한히 느려지므로, 외부에서 보면 낙하하고 있는 사람은 거의 정지한 것처럼 보인다.
6. 상대성 이론의 의미
오늘날 일반 상대성 이론은 우주를 생각할 때 없어서는 안 될 존재가 되었다. 일반 상대성 이론이 등장하기 전에는 공간은 ‘물질이 담긴 영원불변의 그릇’이라고 상상되었는데, 일반 상대성 이론에 의해 공간은 휘어질 수도 있는 존재임이 밝혀졌다. 그리고 우주는 풍선처럼 팽창한다는 사실 또한 밝혀졌다. 상대성 이론으로부터 우주가 수축, 팽창 될 수 있다는 것을 이끌어낸 사람은 러시아의 물리학자인 프리드만(1888~1925)이다. 또 1929년 미국의 에드윈 허블(1889~1953)은 천문 관측을 통해 의해 우주가 팽창되고 있음을 발견한다. 허블은 멀리 있는 은하일수록 지구(우리은하)에서 빠른 속도로 멀어지고 있음을 발견했다. 더 나아가 미국의 조지 가모(1904~1968)는 허블의 관측을 받아들여 “우주는 고온, 고밀도의 작열 상태로부터 팽창해서 현재에 이르고 있다”는 ‘빅뱅설’을 주장했다. 그 후 셀 수 없을 만큼 많은 우주론들이 제기 되었는데, 1980년대에는 빅뱅설과 비슷하지만 초기 우주가 급격히 팽창된 후 온도의 감소로 그 팽창 속도가 서서히 줄어들었다는 인플레이션 우주론과 여기에서 파생한 다중우주론도 나왔다. 이런 다양한 우주론이 있게 한 시초가 바로 상대성 이론이라고 할 수 있다.
7. 나오며
마지막으로 특수상대성 이론과 일반상대성 이론을 짤막하게 요약해보자면 1905년 논문 발표된 특수상대성 이론은 상대성 원리를 오로지 관성계에 대해서만 적용한다.(여기서 말하는 관성계란 정지해 있거나 등속도 운동을 하는 공간을 말한다. 따라서 관성계가 아닌 것은 가속계이다.)
특수상대성이론은 또한 두 가지의 가정을 가지는데 첫 번째 가정은 모든 관성계는 동등하다는 것이고, 두 번째 가정은 진공에서의 빛의 속도는 어느 관성계에서나 일정하다는 것이다. 결국 특수상대성 이론을 통하여 우리는 다섯 가지의 결론을 얻을 수 있는데, 첫째, 광전효과는 빛의 입자성을 증명한 실험으로 빛은 입자성과 파동성 두 가지를 가질 수 있다는 것과 둘째, 동시라는 것은 좌표계에서 다르게 관측된다는 점이다. 세 번째로 빠르게 달리고 있는 중에는 시간이 느리게 가는 걸 경험할 수 있으며, 넷째, 어떤 관성계에서 상대속도를 가지는 다른 관성계를 관측할 때 길이가 수축되고, 마지막으로 빛 속도는 상수이며 이를 이용하여 질량과 에너지를 관계 지을 수 있다는 것이다. 여기서 우리는 E = mc² 라는 유명한 공식을 얻을 수 있다.
이에 반하여 일반상대성 이론은 1915년 11월 25일 작성, 1916년 발표 되었고, 중력이론이라고도 불리운다. 관성계에 대해서만 적용했던 특수상대성 이론과 달리 일반상대성 이론은 관성계, 가속계 다적용이 가능하며 중력을 다루는 이론 가운데 가장 정확하게 실험적으로 검증되었다. 하지만 중력파 관측이 이루어지지 않아 아직 완벽하게 증명되지는 않았다. 일반상대성 이론도 특수상대성 이론과 마찬가지로 두 가지의 가정을 가지는데 첫 번째는 모든 계(관성계, 가속계)에서 물리법칙은 같다는 것이고 두 번째 가정은 관성질량과 중력질량은 구별할 수 없다는 등가원리를 따른다는 것이다. 따라서 중력이 크면 시간이 느리게 간다(중력은 시간을 휘어지게 한다.)는 첫 번째 결론과 우주는 수축하거나 팽창한다(아인슈타인은 정적인 우주를 만들기 위해 우주상수를 도입했다.)는 두 번째 결론, 마지막으로 물질이 곡률을 결정한다(중력은 공간을 휘어지게 한다.)는 결론을 얻을 수가 있다. 여기서 뉴턴 중력과 구별해 보자면 뉴턴 중력은 당기는 힘이라 할 때 아인슈타인 중력은 공간을 휘는 힘이라 말할 수 있다는 점이다. 그리고 에딩턴의 일식 관측에서 빛의 휘는 정도가 뉴턴역학의 예측보다 아인슈타인의 예측이 더 정확했다는 보고도 있다.
이로써 천문학의 발달과 빛의 수차 원리, 그리고 빛의 속도를 나타내는 'c'에 관해서 알아보았고, 특수상대성 이론과 일반상대성 이론이 어떻게 다른지도 알아보았다. 우리 조는 이번 프로젝트를 통해 상대성 이론이 빛과 시간과 공간, 나아가서 우주 전체를 설명할 수 있다는 것이 신기했다는 의견과 하나의 법칙으로 하나의 현상을 설명하는 것도 어려운데 어떻게 이 많은 현상을 설명할 수가 있는지 이게 바로 과학의 매력이라고 생각한다는 의견을 들어 볼 수 있었다. 또 우주가 넓고 광범위해서 연구할 점이 많다는 것은 알고 있었지만 천문학의 크기가 생각보다는 넓고 큰 범위의 학문이라는 점. 천문학을 기반으로 여러 새로운 학문이 발달 했다는 점. 그럼에도 불구하고 아직도 연구해야 될 분야는 다양하다는 점이 흥미로웠다는 의견도 있었다. 이번에 조사한 내용이 살짝 어려운 감도 없지 않아 있었지만, 여러 사람들 입에 오르내린 특수상대성 이론과 일반상대성 이론에 조금이나마 알게 되어 뿌듯했고, 빛과 천문학, 우리가 몸담고 있는 이 우주에 대해 알 수 있는 값진 시간이었던 것 같다.

키워드

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