일반 상대성 이론은 복잡한 이론이지만 떨어지는 물체를 상상하면 윤곽을 추적하는 데 도움이됩니다. (여기에서 GPS 위성은 지구 주위에 표시됩니다. GPS는 상대 위치에 따라 정확한 위치를 제공합니다.)
(이미지 : © NASA)
폴 서터 천체 물리학 자입니다 오하이오 주립대 학교 그리고 수석 과학자 COSI 과학 센터. Sutter 님은 "우주인에게 물어보세요"와"우주 라디오, 및 리드 아스트로 투어 세계에서. Sutter는이 기사에 Space.com의 전문가 목소리 : Op-Ed & Insights.
일반 상대성 이론은 인간이 이해하는 가장 위대한 업적 중 하나이며, 그것이 비옥 한 상상력과 단 하나의 마인드의 수학적 광채에서 비롯된 사실에 의해 더욱 인상적으로 만들어졌습니다. 이론 자체는 "고전적"(즉, 양자가 아닌) 자연 모델의 마지막이자 가장 영구적 인 것이며, 지난 수백 년 동안 더 정교한 것을 내놓을 수 없다는 것은 똑똑한 앨버트가 얼마나 당당한 지 상기시켜줍니다. 아인슈타인은
아인슈타인의 천재에 대한 또 다른 증거는 전체 이론을 구성하는 복잡한 상호 연결된 방정식의 얽힌 스파게티에서 나옵니다. 아인슈타인은 아름다운 기계를 만들었지 만, 우리에게 사용자 매뉴얼을 정확하게 남겨 두지는 않았습니다. 우리는 이론의 최종 형태로 이끈 7 년간의 자해 고문에서 그의 길을 추적 할 수 있지만, 개발 경로는 아인슈타인의 직감에 의해 유도되어 우리의 단순한 필사자가 같은 맹목적인 점프를하기가 어렵습니다. 그가 한 천재.
요점을 알아 차리기 위해 일반 상대성 이론은 누군가가 방정식에 대한 해를 발견 할 때 그 해의 이름을 따서 해법을 얻었고 스스로 반 준법 사가되었습니다. 블랙홀의 기하학적 구조를 알아 낸 칼 슈바르츠 실트 (Karl Schwarzschild)가 세대 이름 (또는 적어도 물리 부서 이름) 인 이유가 있습니다. [아인슈타인의 일반 상대성 이론 : 단순화 된 설명]
기하학은 운명이다
일반 상대성 이론의 절대 핵심과이를위한 완전히 허용되는 대체 이름은 지구 역학입니다. 계속해서 크게 말해보세요. 재밌습니다. 일반적인 상대성 이론이 중력을 모델링하는 방법은 시공간 자체의 역동적 인 기계 가공을 통하는 것입니다. 이론에 따르면, 물질과 에너지의 존재는 물질을 둘러싼 기본 시공간 지오메트리를 변경하고, 변경된 지오메트리가 운동에 영향을 미칩니다.
이 관계는 전체 상대성 이론의 이론 인 등가 원리 (E.P.)에 기반을 둔이 개념을 무시할 수없는 가장 중요하고 근본적인 것에서 비롯됩니다. 이 원리는 관성 질량 (물체를 이동하는 데 걸리는 양)이 중력 질량 (물체가 중력에 얼마나 반응하는지)과 동일한 특성이라고 가정합니다. 그리고 이것이 중력 세방 전체를 여는 열쇠입니다.
이 동등성을 사용하여 지오메트리와 중력 간의 연결을 시각화하는 데 도움이되는 시나리오를 상상할 수 있습니다. 당신이 지구 위를 공전하는 척하면서, 대륙과 대양이 당신의 유리한 지점 아래에서 고요하게 움직이는 것을 지켜보십시오.
그런 다음 쓰레기통을여십시오.
약간의 파편이 당신에게서 멀어짐에 따라, 당신은 방금 한 일의 파급 효과를 숙고합니다. 물론 위성과 미래의 임무에 큰 위험을 초래할 수있는 잠재적으로 유해한 파편의 구름을 만들었습니다. 그러나 더 깊이 생각하면 마음이 편해집니다. 당신은 과학 실험을하고 있으며, 동등성 원리는 모양이나 질량에 관계없이이 모든 조각들이 다른 계산없이 지구의 중력의 영향을 완벽하게 추적 할 수 있도록 보장합니다. 그것은 E.P. 덕분에 중력의 고유 한 것입니다. [상대성 이론이 참인 이유 : 아인슈타인 이론의 증거]
규칙을 구부리기
우주로 던져진 쓰레기가 어떻게되는지보십시오. 순전히 우연히 수평선으로 시작하는 것도 있습니다. 그러나 물체가 지구에 떨어지면 지구 중심으로 직진합니다. 당신이 그들을 자세히 보면, 그들은 아래쪽으로 향함에 따라 점차 수렴한다는 것을 알 수 있습니다. 그들이 단단한 지구를 통과 할 수 있다면 결국 중앙에서 충돌하게됩니다.
다른 쓰레기들은 지구를 겨냥한 완전히 수직 인 선에서 시작하여 서로 균등하게 이격되어있을 수 있습니다. 그들도 넘어 질 것입니다. 그러나 선의 앞쪽에있는 운이 좋은 것은 지구에 약간 더 가깝고 마지막 선이 약간 뒤쳐져 서 약간 더 빠릅니다. 따라서 잔해 조각이 계속 내려 가면서 천천히 수직선으로 분기됩니다.
어떤 경우에는 수렴되고 좁아진 흔적이 생깁니다. 다른 경우에는 분기가 확산되고 확산됩니다. 두 경우 모두 경로는 완벽하게 평행하거나 균일 한 것으로 시작하지만 문자를 변경합니다. 이러한 변화하는 경로는 수학자가 정확하게 설명하기 위해 "곡률"이라는 언어를 사용하는 것입니다. 이것이 바로 기하학의 언어입니다.
딩, 딩, 딩 거기는. 동등성 원리는 쓰레기가 떨어지는 경로가 중력의 본질을 직접 알려주고, 동일한 경로가 기본 시공간의 복잡한 기하학을 드러낸다는 것을 알려줍니다. 다시 말해, 그 중력은 시공간의 기하학입니다.
지오 메트로 역학.
우리의 두뇌를 스트레칭
시공간의 "시간"은 전체 이론에 매우 중요합니다. 아마도 과학 박물관 데모 또는 그래픽이 신축성 고무 시트처럼 보이는 것을 보여주는 일반 상대성에 관한 기사를봤을 것입니다. 행성, 별 또는 블랙홀 등을 나타내는 무거운 공이 중앙에 배치되어 직물을 아래로 당깁니다. 시트에 다른 볼을 굴리면 중력의 영향이 드러납니다. 직선을 따라 가려고하지만 경로가 기본 곡률에 의해 편향됩니다.
이 데모는 유치원 최초의 소개로 완벽하지만, 우리는 이제 유치원을 지났습니다. 실제 시공간에는 "다운"이 없으며 커브는 2 차원이 아닌 4 차원으로 발생합니다. 시각화하기가 조금 더 어렵 기 때문에 일반적으로 간단한 데모로 후퇴합니다.
거대한 물체가 근처의 정적 공간을 왜곡하는 것은 사실이지만, 그림의 절반에 불과합니다. 질량은 또한 시간의 차원에 영향을 미치며, 통과하는 물체가 할 수있는 가능한 궤도를 변경함으로써 그렇게합니다.
모든 물체에는 가벼운 원뿔 또는 물체가 빛의 속도보다 느리게 이동할 수있는 대상이 있습니다. 해가 질 때 먼지와 함께 타는 것을 상상해보십시오. 라이트 콘으로 주어진 미래의 가능성을 가지고 있습니다. 그러나 먼지가 태양 가까이에 오면 거대한 불 덩어리의 중력이 먼지의 빛 원뿔을 태양쪽으로 기울입니다. 이제 먼지에 새롭고 더 구체적인 미래가 지정되었습니다. 일부 목적지는 제한이 없으며 (새로운 라이트 콘 외부에 있음) 다른 목적지는 열렸습니다.
이것은 머리카락이 갈라지는 것처럼 보이지만 공간의 정적 굽힘과 밝은 원뿔의 변형은 별도의 장소에서 일반 상대성 수학에 나타나며, 두 가지 효과를 결합해야만 우리는 두 가지 효과를 결합하여 정확하게 예측할 수 있습니다. 이론. 공간과 시간은 함께 고려되어야합니다. 당신은 one.u를 무시할 수 없습니다
다시 말해, 중력은 시공간의 기하학입니다. 지오 메트로 역학.
에피소드 ""심각한 중력이란 무엇입니까? " iTunes 및 웹 (http://www.askaspaceman.com)에있는 "Ask A Spaceman"팟 캐스트의 "Part 3)". Andrew P., Joyce S., @ Luft08, Ben W., Ter 덕분에 B., Colin E, Christopher F., Maria A., Brett K., bryguytheflyguy, @MarkRiepe, Kenneth L., Allison K., Phil B. 및 @shrenic_shah가이 작품을 이끌어 낸 질문에 대해 직접 질문하십시오! Twitter에서 #AskASpaceman을 사용하거나 Paul @ PaulMattSutter 및 facebook.com/PaulMattSutter를 팔로우하여 @Spacedotcom, Facebook 및 Google+를 팔로우하십시오 Space.com의 원본 기사.
