상대성 이론

목차

1. 갈릴레이의 상대성이론

2. 아인슈타인의 특수상대성 이론 출현

3. 일반 상대론

4. 시공간과 상대성 이론(베르너 하이젠베르크)

본문내용

법에 의해서 확인된다. 우주의 기원에 관한 지금까지의 해석 방법 이외에 더 특별하게 본질적 차이를 보여 주는 이론은 없는 것 같다. 만약 획기적인 새로운 방법이 등장한다면 시간의 기원 문제는 본질적 변화를 겪게 될 것이다. 오늘날까지의 천문학적 관찰로 미루어 보건대, 거시 세계의 시공 기하학에 관한 질문들이 아직은 확실하게 답하여지지 않은 상태이다. 그러나 이러한 질문들이 언젠가는 경험적 기반 위에서 답해질 것이라는 사실은 매우 주목할 만한 일이다. 하여간 당분간은 일반 상대성 이론이 그 경험적 기반이 약한 편이어서 로렌츠 변환식으로 표현되는 특수 상대성 이론보다 확실성의 정도가 약하다고 생각될 수밖에 없다.
어찌됐든, 상대성 이론이 시간과 공간의 구조에 대한 우리의 인식을 근본적으로 변화시켜 놓았다는 점은 의심할 바 없다. 이 변화에 있어서 가장 흥미로운 면은 아마도 그 변화의 성격이 아니라 변화가 가능했다는 사실 그 자체일 것이다. 뉴턴이 자연에 대하여 수학적 표현을 함으로써 정의해 놓은 시간과 공간의 구조는 단순성과 무모순성을 지니며 또한 일상 생활 속에서 경험되는 시간, 공간과 매우 밀접한 대응성을 지니고 있다. 경험 세계와 매우 밀접하게 대응되었기 때문에 뉴턴의 정의 방식은 일반 개념을 엄밀한 수학적 공식으로 표현한 것으로 생각될 수 있었다. 상대성 이론이 등장하기 전, 뉴턴 역학에서는 공간과 시간이 서로 독립된 변수였다. 광속과는 비교도 안 될 정도로 느린 실제적 경험의 속도에서는 그 사실이 인정되었다. 상대성 이론에서, 사건의 순서가 사건이 일어나는 위치에 의존하고 있다는 사실을 확인하였으나, 당시에는 그 사실이 제대로 인식되기 어려운 점이 많았다.
칸트 철학에서는 시간과 공간의 개념은 인간이 자연에 대하여 취하는 관계 속에 내재된다고 보았다. 즉 시간과 공간의 개념은 자연 그 자체에 속하는 성질이 아니라고 본 것이다. 우리는 시간과 공간이라는 개념을 사용하지 않고 자연의 세계를 기술할 수는 없다. 따라서 시공 개념은 어떤 의미에서 선험적이므로 경험을 하기 위한 전제 조건이지, 경험의 결과는 아니다. 그에게는 시간과 공간의 형식이 선험적이어서 외적 경험에 의해서 영향을 받을 수가 없었다. 상대성 이론이 가져온 변화는 매우 획기적인 것이다. 또한, 칸트 철학에서 벗어난 이와 같은 전환은 일상 생활의 개념들을 현대 실험 과학에 적용시키기 위해서는 과학자들이 얼마나 조심스러워야 하는가를 보여 준 최초의 계기가 된다. 뉴턴 역학의 수학적 언어 속에서 나타나는 시공 개념에 대한 엄밀하고도 무모순 적인 공식이나 칸트 철학에서 나타나는 시공 개념에 대한 조심스러운 분석도 결국은 자연 세계에 대해서 예리하고도 정확한 비판적 분석을 제공하지 못하였다. 이러한 반성은 후일 현대 물리학의 발전을 통해서 재확인되었다. 이와 같이 양자론과 상대성 이론의 등장은 철학자와 과학자들이 일상 생활의 경험 세계에서, 즉 고전 물리학에서 취하여 온 개념들을 무비판적으로 사용하는 것에 대하여 경종을 울린 셈이다.
4. 상대성 이론의 재음미
상대성 이론을 알기 쉽게'설명한 개설서들은 매우 많다. 그러나 이 정도의 논의로써 상대성 이론을 이해한다는 것은 어불성설이다. 아인슈타인이 처음 상대성 이론을 발표하였을 때, 심지어는 물리학자들까지도 쉽게 이해하지 못했으니 여러분들이 이해하지 못하는 것은 하나도 놀라운 일이 아니다. 다만 여러분들은 상대성 이론이 어떤 과학적인 맥락에서 형성되었으며 그것이 과학 또는 사회 전체에 어떤 영향을 주었는가를 이해할 수 있었으면 한다.
상대성 이론은 고전 역학의 수정이 아니라 고전 역학에서 사용한 논리나 자연을 보는 안목에 커다란 개혁을 일으켰다. 과학의 발달은 점진적이고 누진적인 인간의 노력으로 되는 것이 아니라 과거의 사고 방식 자체를 개혁함으로써 이룩된다는 코마스 쿤의 주장은 이 상대성 이론의 내용을 보아서도 옳은 것 같다.
뉴턴의 명성은 2세기를 넘게 우리 인간의 사고를 지배해 왔다. 이 권위에 도전한다는 것은 우리가 상상하는 것보다도 매우 힘든 일이었음을 역사가 말해 준다. 호이겐스가 빛을 파동이라고 주장하였으나 뉴턴의 권위에 눌려서 그 주장은 인정을 받지 못했다. 그 후 토마스 영이 빛을 파동이라고 입증했지만 그의 논문을 보면 뉴턴의 권위를 손상시키지 않기 위해서 얼마나 조심하였는가를 느낄 수 있다.
새로운 아이디어를 낸다는 것은 엄청난 용기를 요구한다. 갈릴레이는 자기의 새로운 아이디어로 인하여 생명의 위협까지 받지 않았던가? 아인슈타인의 위대함이란 그의 명석한 두뇌에 있는 것이 아니라 어떠한 권위에도 복종하지 않는 사고의 자율성에 있다고 생각된다. 그는 다른 사람이 제시해 준 사고의 유형에 따라 행동하는 것을 단연코 거부하고, 사물을 새로운 각도에서 보는 것을 두려워하지 않았다. 시간과 공간이 상대적이라는 것은 고전 역학의 테두리 안에서는 나올 수 없는 생각인 것이다. 고전 역학에서 수백 년 동안 당연시 되어 오던 기본 가정에 대해서 의문을 제기하고 도전함으로써 위대한 새로운 이론이 형성된 것이다.
그러나 한편으로는 아인슈타인의 위대성을 너무 강조한 나머지, 또 지금의 우리 세대가 그 권위에 눌려서 참다운 창의성을 발휘하지 못하고 있지나 않은지 걱정스럽다. 기존 이론에 대한 계속적인 도전 없이는 발전 또한 없는 것이다. 이것은 비단 자연 과학 뿐 아니라 인간이 일하고 있는 모든 분야에 다 적용되는 원리라고 생각된다. 기존의 생각에 구속되지 않고 사물을 바로 들여다볼 수 있는 힘, 그것이 인간이 가지고 있는 위대함이다. 자연은 자연 그대로 있지만 그것을 보는 인간이 시각은 갖가지이고, 그 각각은 제각기 다 다소간의 진실을 말하고 있지만 어디까지나 불완전한 것이다. 뉴턴도 아인슈타인도 일면의 진리를 말하고 있지 결코 완전한 것은 아니다. 여기에 도전할 수 있는 용기가 인류 문화의 꽃을 피우는 원동력이다.
※ 참고 문헌
일반 상대론, 이철훈, 민음사, 1986년 초판
상대성 이론의 세계, 제임스 콜먼, 다문, 1990년 초판
상대성 이론, 아인슈타인(김중오 역), 미래사, 1992년
뉴턴 하이라이트 상대성이론, 계몽사, 1994년 초판

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