2017-03-01
org.kosen.entty.User@6312573b
장대희(skyjdhgood)
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아인슈타인 특수상대성이론에, 질량은 에너지로 변환될 수 있고, 에너지는 질량으로 변환될 수 있다고 하는데 이 부분 공식을 봐도 이해되지 않습니다. 그 외 시간은 절대적이고, 관측자 상황에 따라 시공간 왜곡이 가능하다는 부분 다 이해가 가는데, 빛의 속도가 빠를수록 질량도 증가한다? 잘 모르겠네요.. 공식으로 설명보단 말로 최대한 쉽게 설명 부탁드립니다 (문과생입니다ㅜㅜ)
- 특수상대성이론 아인슈타인
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답변 4
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답변
DELETED님의 답변
2017-03-02- 2
우선, 질문하신 내용을 2가지로 정리하면, '1. 물체의 속도가 증가할수록 질량이 증가한다'와 '2. 물질의 질량과 에너지의 관계' 인것 같습니다.
1. 물체의 속도가 증가할 수록 질량이 증가한다.
물리학의 세 가지 기본적 개념은 '길이, 시간, 질량' 입니다. 아인슈타인이 1905년 특수상대성 이론에 관한 논문을 발표하기 전에는, 일반적으로 위의 '길이, 시간, 질량'이 절대적인 것이라고 생각했습니다. 하지만, 아인슈타인은 우주에서 절대적인 것은 '빛의 속도' 밖에 없다고 가정을 한 후, 상대론적 이론을 정립했습니다.
물체가 빛의 속도에 근접함에 따라, 길이는 수축하고, 시간은 지연됩니다. 그럼 질량은 어떻게 될까요? 질량은 증가합니다. 이론상, 빛의 속도에서 물체의 질량은 무한대가 됩니다. 하지만 현실적으로 이러한 현상이 일어나는 것은 사실상 불가능하기 때문에, 아이슈타인의 이론에는 물체는 빛의 속도에 도달할 수 없다는 암시가 함축되어 있습니다.
2. 물질의 질량과 에너지의 관계
아인슈타인은 길이, 시간, 질량에 대해 다룬 후에, 에너지를 검토하였습니다. 운동은 에너지의 한 형태이고, 질량은 에너지와 관계됩니다. 또한, 질량을 가진 어떤 물체가 운동할 때 '운동에너지를 지닌다' 라고 말을 합니다. 아인슈타인은 새로운 이론의 관점에서 에너지를 검토한 후, '에너지가 질량을 가진다'라는 사실을 발견하였습니다. 그리고, 이 사실은 방사성 붕괴를 설명하는데 매우 중요한 역할을 합니다. 질량이 에너지로 변환되는게 아니라, 모든 질량은 그에 상응하는 에너지를 갖고 있다고 생각한다면 좀 더 쉽게 다가오지 않을까 합니다.
참고로, 책 한권을 소개합니다. '상대적으로 쉬운 상대성 이론', 배리 파커 지음, 이충환 옮김 -
답변
이응신님의 답변
2017-03-09- 2
질량과 에너지의 등가원리는 1905년에 아인슈타인의 논문에서 약간 언급이 되고 1907년에 설명을 한 이론입니다. 좌표계의 변환에서 오는 질량과 에너지가 운동과 어떻게 상관이 있느냐는 관계를 밝히 원리입니다. 많은 혼동이 있어 오늘날 (1990년대 이후)까지도 물리적인 원리에서, 철학적인 개념정리에서 논란이 되는 주제입니다. 그냥 쉽게 공식으로 설명을 하고 이해할 수 있는 이론이 아닙니다.
쉽게 생각해서 '물질이 없어지면 이것이 에너지로 바뀐다'라고 생각하니까 혼동이 되는겁니다. 물질이 없어져서 에너지로 바뀌거나 에너지가 물질로 바뀐다고 생각하면 이해가 되지 않습니다. 쌍생성, 쌍소멸과 같은 소립자에서 일어나는 현상이 더욱 혼란을 가져오고 있습니다. 물질이 없어져서 에너지로 바뀌는 것이 아니라 관찰자가 운동하는 물체를 볼 때 좌표변환을 하면 질량과 에너지의 관계가 어떻게 되는가를 설명한 이론이 질량-에너지 등가원리입니다. 물질과 에너지의 관계가 아니라. (조금 우스운 설명: 저울이 있어 어떤 물질의 질량을 재고 있는데 이 물질이 운동을 할 때 에너지를 재보면 질량변화에 비례하는 에너지 변화가 있다라는 겁니다)
잘 알고 있는 공식으로 운동에너지와 속도의 관계식은
E = 1/2*m*V^2
이고 속도 V를 광속으로 치환을 하면
E = 1/2*m*c^2
으로 아인슈타인의 상대성이론에서 말하는
E= mc^2
과 2배 차이가 납니다. 이것이 고전이론과 좌표변환을 하여 상대방 물체의 운동을 관찰할 때 나타나는 관계식과의 차이입니다. 이런 현상은 일반상대성이론에서도 똑같이 나타나서 고전 중력이론으로 빛이 무거운 물체를 지나갈 때 휘어지는 각도와 일반상대성이론으로 계산할 때 휘어지는 각도가 2배 차이가 납니다. 즉, 운동하는 물체의 좌표변환에서 오는 차이에서 기인된 것입니다.
여러 군데서 설명하는 내용도 혼란을 가져오고 있으나 정확하게 잘 설명한 내용은 스텐포드 대학의 상대성이론 설명입니다. 영어로 되어 있고 상당히 긴 내용입니다만 찬찬히 읽어보면 이해가 될겁니다.
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답변
이준민님의 답변
2017-03-01- 1
에너지는 질량과 속도의 제곱의 곱과 같다. E=mc2 많이 들어보셨죠? ㅋㅋ
저 식이 바로 에너지와 질량(그리고 속도)과의 관계를 나타내는 공식입니다.
질량이 바뀌면 에너지가 바뀌겠죠.
총 에너지가 일정하다고 할 때, 속도가 빛의 속도보다 증가하게되면 질량이 감소하게 되는게 맞겠죠? ㅋㅋ
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답변
김채형님의 답변
2017-03-06- 1
m0은 정지질량이라 할때, 속도가 증가하면 에너지는 제곱으로 증가하고 빛의 속력에 다다르면 운동에너지는 무한해 집니다. 따라서 속력이 증가하면 더 가속되기 힘들어지고 이는 질량(물체가 자기 운동을 지속하려는 정도)이 증가하기 때문이라고 표현이 됩니다. 이를 상대론적 질량(rm0)=운동질량이라고 하고 그냥 질량이라고 표현하는데...질량 증가라는 표현으로 쓰다보니 정지질량(m0)와 상대론적질량(rm0)의 용어 혼돈이 생깁니다. (수식 생략)
감사합니다