특수 상대성 이론

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물리학에서 특수상대성이론, 즉 특수상대성이론은 공간과 시간의 관계에 관한 과학적 이론이다. 알베르트 아인슈타인의 첫 번째 치료에서 이 이론은 다음 두 가지 가정에 근거를 두고 있다. 물리학의 법칙은 모든 관성 참조 프레임에서 불변이다. 진공 안의 빛의 속도는 광원이나 관찰자의 움직임에 관계없이 모든 관찰자에게 동일합니다.

 

특수상대성이론은 알베르트 아인슈타인이 1905년 9월 26일 발표한 움직이는 물체의 전기역학에 대하여라는 논문에서 제안됐다. 뉴턴 역학과 맥스웰의 전자 방정식의 비호환성과 실험적으로 미켈슨 몰린은 역사적으로 가설화된 발광 에테르가 존재하지 않음을 증명하였다. 이는 아인슈타인의 특수상대성이론 개발로 이어졌다. 이는 모든 움직임, 특히 빛에 가까운 속도의 상황을 처리하기 위해 역학을 수정한다. 오늘날 특수상대성이론은 중력과 양자 효과를 무시할 수 있을 때 어떤 속도에서도 가장 정확한 운동 모델임이 입증됐다. 그래도 뉴턴 모델은 예를 들면 지구상의 일상적인 움직임처럼 저속에서 (빛의 속도에 대해) 단순하고 정확한 근사치로서 유효하다.

특수 상대성이론은 실험적으로 검증된 광범위한 결과를 가지고 있습니다. 동시성, 길이 수축, 시간 확장, 상대론적 속도 추가 공식, 상대론적 도플러 효과, 상대론적 질량, 보편적 속도 한계, 질량-에너지 등가성, 인과관계의 속도와 토마스 수차를 포함한다. 예를 들어 절대 보편적 시간의 기존 개념을 기준 프레임과 공간 위치에 의존하는 시간의 개념으로 대체하였다. 두 이벤트 간에 불변의 시간 간격이 아닌 불변의 시간 간격이 있습니다. 물리학의 다른 법칙과 결합된 특수 상대성 이론의 두 가정은 질량 에너지 등가 공식으로 표현되듯이 질량과 에너지의 등가성을 예측한다. 또한 전기와 자기 현상이 어떻게 관련이 있는지를 설명합니다.

 

특수상대성이론의 결정적인 특징은 뉴턴 역학의 갈릴리와 변환을 로렌츠 변환으로 대체하는 것입니다. 시간과 공간은 (이전에는 그렇게 생각했던 것처럼) 따로 정의할 수 없습니다. 오히려, 공간과 시간은 '시공'이라고 알려진 단일의 연속체에 짜여 있습니다. 어떤 옵서버에 대해 동시에 발생하는 이벤트는 다른 옵서버에 대해 다른 시간에 발생할 수 있습니다.

몇 년 뒤 아인슈타인이 중력을 통합하기 위해 곡선 공간 시간을 도입한 일반 상대성이론을 개발하기 전까지 특수 상대성이론이라는 단어는 사용되지 않았다. 때로 쓰이는 번역은 제한 상대성이론이고, 특수는 특수한 경우를 뜻한다. 특수 상대성 이론에서 알베르트 아인슈타인의 작품 중 몇몇은 헨드릭 로렌츠와 앙리 푸앵카레의 초기 작품에 기초하고 있습니다. 그 이론은 1907년에 본질적으로 완성되었다.

이 이론은 시공이 '평평'한 특수한 경우에만 적용되며, 즉 시공의 곡률을 무시할 수 있다는 점에서 특별하다. 중력에 정확하게 대응하기 위해 아인슈타인은 1915년에 일반 상대성이론을 공식화했습니다. 몇몇 역사적 기술과는 달리 특수상대성이론은 가속도뿐만 아니라 가속도의 참조 프레임을 수용한다.

 

절대 참조 프레임이 없는 상대성이론의 원리는 각 관성 참조 프레임에서 물리법칙의 형식이 같다는 것으로 갈릴레오로 거슬러 올라가 뉴턴 물리학에 편입되었습니다. 그러나 19세기 후반 전자파의 존재로 우주는 에테르라고 불리는 물질로 채워져 있다는 물리학자도 있다. 이들은 이들 물결, 즉 진동이 전파되는 매체로서의 역할을 할 것으로 상정하고 있다. 에테르는 모든 속도를 측정할 수 있는 절대적인 기준 프레임으로 여겨지며 지구 또는 다른 고정 기준점에 대해 고정적이고 무동작으로 간주할 수 있다. 에테르는 전자파를 지원하기에 충분한 탄성을 가질 수 있었지만, 그 파들은 물질과 상호작용할 수 있었지만, 그것을 통과하는 물체에 저항을 주지는 않았다. 1887년 마이클슨 몰리 실험을 비롯한 다양한 실험 결과는 에테르가 존재하지 않음을 보여주면서 특수상대성이론으로 이어졌다. 아인슈타인의 해결책은 에테르와 절대 안정 상태의 개념을 버리는 것이었습니다. 상대성이론에서 균일한 움직임으로 움직이는 기준 프레임은 동일한 물리법칙을 준수합니다. 

이차 가설이 없는 상대성 이론은 광속의 항상성을 가정하지 않고 상대성이론만으로 즉, 공간의 등방성과 특수상대성이론에 의해 암시되는 대칭성을 사용하는 관성 프레임 간의 시공간 변환이 유클리드, 갈릴리아, 로렌츠 중 어느 것인지를 나타낼 수 있다. 로렌츠의 경우 상대론적 간격 보존과 일정한 유한 제한 속도를 얻을 수 있다. 실험에 의하면, 이 속도는 진공 중의 빛의 속도이다.

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