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아인슈타인의 아기 : 시간이 지남에 따라 상대성이 어떻게 유지 되었습니까?

아인슈타인의 아기 : 시간이 지남에 따라 상대성이 어떻게 유지 되었습니까?

알버트 아인슈타인 (1879-1955)은 "가정 이름"이라고 부르는 이름이며 그럴만 한 이유가 있습니다. 그가 평생 동안 여러 과학 분야에 엄청난 공헌을 한 덕분에 아인슈타인이라는 이름은 천재와 동의어가되었습니다.

기발한 태도를 가진 백발 과학자의 이미지도 그 때문입니다. 물리학, 우주론 또는 양자 역학에 정통하지 않은 사람들조차 상대성 이론 (또는 우아한 방정식)이라는 용어를 인식 할 가능성이 높습니다. E = mc²).

관련 : EINSTEIN의 일반 상대성 이론은 현재 유지되고 있습니다.

우주에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으킨이 이론은 틀림없이 아인슈타인의 가장 심오하고 지속적인 공헌입니다. 상대성 이론이 100 년 전에 제안되었지만 오늘날까지도 여전히 테스트되고 검증되고 있습니다. 하지만 먼저 약간의 배경 지식 ...

덜 알려진 것은 아인슈타인이 상대성이라는 용어를 만들지 않았다는 사실입니다. 그 공로는 우주의 태양 중심 모델을 주장하는 방법으로 개념 (일명 Galilean Invariance)을 제안한 Galileo Galilee (1564-1642)에게 돌아갑니다.

갈릴레오의 배

heliocentric 모델에 대한 홍보의 일환으로 Galileo는 운동 법칙이 모든 관성 프레임에서 동일하다고 주장했습니다. 이것은 Galilean Relativity (또는 Invariance)로 알려졌으며 다음과 같이 요약됩니다.

서로에 대해 일정한 속도와 방향으로 움직이는 두 관찰자는 모든 기계적 실험에 대해 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.”

그는 1632 년 논문에서이 원리를 처음으로 설명했습니다. 두 개의 주요 세계 시스템에 관한 대화그는 코페르니쿠스의 태양 중심 모델을 옹호했습니다. 이를 설명하기 위해 그는 부드러운 물 위에서 일정한 속도로 이동하는 배의 예를 사용했습니다.

갑판 아래에있는 관찰자에게 갈릴레오는 배가 움직이고 있는지 정지하고 있는지 명확하지 않을 것이라고 추론했습니다. 또한 갑판에있는 사람이 공을 발에 떨어 뜨리면 똑바로 아래로 떨어지는 것처럼 보입니다 (실제로는 떨어질 때 배와 함께 앞으로 나아갈 것입니다).

이 주장은 지구가 우주를 통해 어떻게 움직일 수 있는지 (즉, 태양 궤도를 도는) 방법을 보여주는 방법이지만, 그 표면에 서있는 관찰자들은 그것을 즉시 인식하지 못할 것입니다.

마찬가지로 갈릴레오는 피사의 사탑에서 다른 질량의 공을 떨어 뜨리는 실험을 수행했다고합니다.

이 이야기는 외경 적이라고 생각되지만, 갈릴레오는 다른 질량을 가진 물체가 높은 지점에서 풀릴 때 같은 속도로지면으로 떨어질 것이라는 것을 관찰했습니다.

이것은 물체가 떨어지는 속도가 물체의 질량에 달려 있다고 생각하는 관습적인 (아리스토텔레스주의)와는 상반되었습니다. 갈릴레오는 또한 외부 힘이 속도를 방해하지 않는 한 물체가 속도를 유지할 것이라고 덧붙였습니다.

이러한 관찰은 영국의 폴리 수학자 Isaac Newton에게 영감을 불어 넣을 것이며, 그는 이러한 관찰을 수세기 동안 수용된 관습 (이후 Newtonian 물리학으로 알려짐)으로 남아있는 단일 시스템으로 아름답게 요약했습니다.

뉴턴의 사과

17 세기 후반에 아이작 뉴턴 경 (1642-1726/27)은 중력에 대한이 원리와 갈릴레오의 관찰을 사용하여 그의 세 가지 운동 법칙과 우주 중력 법칙을 개발했습니다. 세 가지 법칙은 다음과 같이 명시합니다.

  1. 휴식중인 신체는 정지 상태로 유지되고, 움직이고있는 신체는 외부의 불균형 한 힘에 의해 작용하지 않는 한 계속 움직입니다. 이를 관성 법칙이라고합니다.
  2. 힘은 질량 곱하기 가속도이며 수학적으로 f (t) = m ⋅ a (t)-여기서 f는 힘, t는 시간, m은 질량, a는 가속도입니다.
  3. 자연의 모든 행동에는 동등하고 반대되는 반응이 있습니다. 물체 A가 물체 B에 힘을 가하면 물체 B도 물체 A에 동일한 힘을가합니다.

뉴턴의 세 가지 법칙은 중력의 힘을 지구 너머로 효과적으로 확장했으며 사과가 나무에서 떨어지게하는 동일한 힘이 달이 지구를 공전하고 행성이 태양을 공전하게한다고 주장했습니다.

한편, 우주 중력은 우주의 각 신체가 질량의 곱에 직접 비례하고 그들 사이의 거리의 제곱에 반비례하는 힘으로 다른 물체를 끌어 당긴다 고 말합니다.

수학적으로 이것은 다음과 같이 표현됩니다. F = G m1미디엄2/ r², 어디 에프 두 물체 사이의 중력입니다. 미디엄1미디엄2 물체의 질량, 아르 자형 그들 사이의 거리이고 중력 상수입니다.

이 이론은 항상 공간과 시간의 본질에 대한 두 가지 결론을 포함했습니다. 하나는 관성 프레임이 "절대 공간"에 대한 기준점이라는 것입니다. 둘째, 모든 관성 프레임은 보편적 인 시간을 공유합니다. 즉, 시간과 공간은 절대적이고 분리되어 있습니다.

뉴턴 물리학이 심각한 문제에 부딪힌 것은 19 세기 말 / 20 세기 초가 되어서야였습니다. 원자 물리학과 아 원자 물리학의 영역에서 이루어진 수많은 발견 덕분에 물질과 에너지, 시간과 공간의 본질이 의문을 갖게되었습니다.

결국 혁명적임이 증명 될 이론을 제시 한 사람은 스위스에 살고있는 (그리고 특허청에서 일하는) 이론 물리학 자였습니다. 이것은 상대성 이론이 두 부분으로 나뉜 알버트 아인슈타인이다.

첫 번째, 그의 특수 상대성 이론은 전자기학과 빛의 행동 (공간과 시간과 관련하여)을 다루었습니다. 두 번째, 일반 상대성 이론은 (공간과 시간에 관한) 중력장을 다루었습니다.

특수 상대성

1905 년에 아인슈타인은 자신이 Annus Mirabilis ( "기적의 해") 그는 스위스 베른에있는 특허 사무소에서 일하면서 여러 획기적인 논문을 발표했습니다.

그 이전에 과학자들은 뉴턴 물리학과 전자기를 지배하는 법칙 (양자 역학의 새로운 분야의 일부) 사이에 존재하는 불일치로 고심하고있었습니다.

이것들은 19/20 대 물리학 자 James Clerk Maxwell (1831-1879)과 Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928)의 연구, 특히 Maxwell의 방정식과 Lorentz 힘 법칙이 특징입니다.

Maxwell의 방정식은 전기, 자기 및 관련 현상이 작동하는 방식에 대한 수학적 모델을 제공하는 미분 방정식 세트입니다. 본질적으로 그들은 변동하는 전기장과 자기장이 일정한 속도로 전파되는 방식을 표현합니다 () 진공 상태에서.

반면에 로렌츠 힘은 하전 입자가 전기장과 자기장을 통해 이동할 때 전자기력을 나타냅니다. 이러한 연구 분야는 전기 파와 자기 파가 어떻게 작용하는지 정확하게 설명했지만 당시에도 여전히 우세했던 뉴턴 물리학과 일치하지 않았습니다.

이러한 불일치는 빛이 한 지점 또는 다른 지점에서 어떻게 이동하는지에 관해서 특히 분명했습니다. 19 세기까지 과학자들은 전자기파를 사용한 실험을 기반으로 빛의 속도를 계산했습니다.

이로 인해 빛은 사실 전자파이며 유사하게 행동한다는 것을 깨달았습니다. 불행히도 이것은 많은 이론적 문제를 제시했습니다. 다른 유형의 파동 (예 : 사운드)과 마찬가지로 현상은 전파하기 위해 매체가 필요합니다.

20 세기가 시작될 무렵, 과학적 합의는 빛이 공간에서 움직이는 매체를 통해 이동하여 그 매체에 의해 끌려 간다는 것이 었습니다. 이를 설명하기 위해 과학자들은 우주가 신비한 "발광의 에테르"로 가득 차 있다고 가정했습니다.

즉, 빛의 속도 (299,792,458m / s (300,000km / s; 186,000mps))가 에테르를 통과하는 속도의 합이라는 것을 의미합니다. ...을 더한 그 에테르의 속도. 즉, 빛의 속도 (측정시)는 절대적이지 않았으며 전파하는 데 사용한 매체에 따라 달라졌습니다.

그 결과, 에테르 자체가 물질을 이동시켜 끌 리거나 함께 운반 될 수있었습니다. 불행히도 이것은 실험 결과와 일치하지 않았으며 수많은 이론적 문제를 제시했습니다.

예를 들어 Fizeau Water Tube Experiment (1851)는 빛이 물을 통과 할 때 빛의 속도를 측정했습니다. 현재의 빛 전파 이론이 맞다면 실험은 눈에 띄는 속도 감소를 보여 주었을 것입니다.

그리고 그 결과 매질을 통과하는 빛이 항력을받는 것으로 나타 났지만 그 효과는 예상 한 것만 큼 많지 않았습니다. Fresnel의 부분적인 에테르 끌기 가설과 George Stokes 경의 실험과 같은 다른 실험에서도 비슷한 결과가 나왔습니다.

이로 인해 과학자들은 머리를 긁적입니다. 1905 년에 아인슈타인은 그의 세미나 논문을 통해 이러한 불일치를 해결했습니다. "움직이는 물체의 전기 역학에 관하여 " ("Zur Elektrodynamik bewegter Körper").

그 안에서 아인슈타인은 빛의 속도가 (씨) 진공 상태는 소스 또는 관찰자의 관성 기준 프레임에 관계없이 일정합니다. 이것은 아인슈타인의 특수 상대성 이론으로 알려지게되었으며, 이는 종종 간단한 방정식으로 요약됩니다. E = mc² (어디 이자형 에너지, 미디엄 질량이고 빛의 속도).

이 이론은 수세기에 걸친 과학적 정통성을 뒤집고 단순성 때문에 획기적이며 전자기학과 고전 역학 사이의 불일치를 해결하는 방법에 기인합니다.

첫째, 전기 및 자기에 대한 Maxwell의 방정식을 뉴턴 역학의 법칙과 조화 시켰습니다. 또한 불필요한 설명을 없애고 에테르의 존재를 불필요하게 만들어 수학을 단순화했습니다.

아인슈타인의 이론은 또한 물체가 빛의 속도에 접근함에 따라 시공간과 관련하여 큰 변화가 발생했다는 생각을 도입했습니다. 여기에는 관찰자가 가까이 다가 갈수록 시간에 대한 인식이 느려지는 시간 확장이 포함됩니다. 씨.

이 모든 것이 고전 역학을 뒤집는 데 도움이 될 것입니다. 물질과 에너지는 분리되어 있다고 관습 적으로 생각하는 반면, 아인슈타인의 이론은 본질적으로 두 가지가 모두 같은 현실의 표현이라고 주장했습니다.

즉, 시간을 이동하지 않고는 공간을 이동할 수 없습니다.

일반 상대성 이론

1907 년과 1915 년 사이에 아인슈타인은 그의 특수 상대성 이론이 중력장에 어떻게 적용될 수 있는지 고려하기 시작했습니다. 이것은 뉴턴의 우주 중력 법칙에 한계가 있다는 것을 알아 차리기 시작한 현대 과학자들에게 또 다른 걸림돌이었습니다.

여기에서도 전자기학 분야의 돌파구 덕분에 불일치가 지적되었습니다. 예를 들어, 1865 년 James Clerk Maxwell은 자신의 주요 작품 "전자기장의 동적 이론 ".

이 논문의 끝에서 그는 중력에 대해 다음과 같이 언급했습니다.

"주위 매질의 작용을 자기 및 전기적 매력과 반발 모두를 추적하고 그것들이 거리의 역 제곱에 의존하는 것을 발견 한 후, 우리는 자연스럽게 중력의 인력이 같은 법칙을 따르는 지 묻습니다. 또한 주변 매체의 작용으로 추적 할 수 없습니다. "

그러나 Maxwell은 이것이 역설을 일으킨다는 것을 인정했습니다. 기본적으로 유사한 물체의 매력은 주변 매체의 에너지가 이러한 매체가있을 때 감소한다는 것을 의미합니다. 중력의 원인을 찾지 못한 맥스웰은이 문제를 해결할 수 없다고 인정했습니다.

1900 년과 1905 년에 Lorentz와 수학자 Henri Poincaré는 중력이 빛의 전파와 관련이있을 수 있다는 이론을 세웠으며, 이는 아인슈타인이 결국 그의 일반 상대성 이론과 논쟁을 벌이는 것을 반영했습니다.

1907 년에 아인슈타인은 이러한 문제를 해결하기위한 일련의 기사 중 첫 번째 기사를 발표했습니다. 제목이 "상대성 이론과 그로부터 도출 된 결론", 아인슈타인은 특수 상대성 이론이 가속도에 어떻게 적용될 수 있는지 설명했습니다.

이 논문에서 아인슈타인은 중력 질량이 관성 질량과 동일하다는 등가 원리를 제안했습니다. 설명하기 위해 그는 지구의 중심을 향한 신체의 가속도가 1의 속도라고 설명했습니다. ( = 9.81m / s2)는 자유 공간에서 로켓에서 관찰되는 관성 운동 물체의 가속도가 1의 속도로 가속되는 것과 같습니다.. 따라서 자유 낙하는 실제로 관성이며 관찰자는 결과적으로 중력장을 경험하지 않습니다.

이 점에서 아인슈타인은 고전 물리학이 유지했던 공간과 시간이 같은 것을 표현하는 두 가지라고 주장했다.

1911 년까지 아인슈타인은 1907 년 논문에서 "빛의 전파에 대한 중력의 영향 ". 이 과정에서 그는 중력의 근원에서 멀어지고있는 물체가 변하지 않는 중력장에 가만히 앉아있는 물체보다 더 빨리 시간을 경험할 것이라고 예측했습니다.

이 현상은 중력 시간 팽창으로 알려져 있는데, 시간의 지각은 중력 질량으로부터 관찰자의 거리 또는 중력장 내의 위치에 따라 달라집니다.

같은 기사에서 그는 중력장에서의 빛의 굽힘과 중력 적 적색 편이 (일명 도플러 편이)를 예측했습니다. 전자는 빛의 통과가 시공간의 곡률에 의해 영향을 받고 굴절이 관련된 신체의 질량에 따라 달라지는 등가 원리의 결과입니다.

후자는 중력장을 벗어나기 위해 에너지를 잃어 스펙트럼의 붉은 색 끝으로 이동하는 거대한 물체 (먼 별이나 은하와 같은)를 떠나는 빛에 관한 것입니다 (자세한 내용은 아래 참조).

이러한 주장은 (1907 년에 아인슈타인이 주장한 것과는 달리) 천문학적 관찰로 확인할 수 있기 때문에 특히 영향력이있었습니다. 아인슈타인은 중력 이론을 확장하여 앞으로 몇 년 동안 더 많은 논문을 썼고, 1915 년에 그들은 받아 들여지기 시작했습니다.

그 이후로 일반 상대성 이론은 여러 실험을 통해 확인되었으며 현대 천체 물리학의 중심이되었습니다. 그것은 블랙홀 이론, 우주 확장, 암흑 에너지 및 현대 우주론의 다른 측면을 개발하는 데 역할을 할 것입니다.

상대성 이론은 어떻게 테스트 (및 확인) 되었습니까?

짧은 답변: 일요일부터 9 가지 방법!

긴 답변 : 읽어...

특수 상대성 이론 (SR)과 일반 상대성 이론 (GR)은 모두 지난 세기에 걸쳐 반복적으로 테스트되었으며 계속해서 확인되었습니다.

사실, 아인슈타인이 자신의 SR 이론을 제안하기 전에도 그것에 대한 실험적 근거가있었습니다. 더욱이 과학자들이 그의 이론을 채택하여 더 많은 돌파구를 만들기까지 오래 걸리지 않았습니다.

그러나 아인슈타인의 이론이 철저하게 조사되고 검증 된 것은 상대성 이론이 제안 된 이후로 실제로 수십 년 동안이었습니다. 사실, 아인슈타인이 SR과 GR을 제안한 이후 천문학 자들이 우리 우주에 대해 배운 많은 것들이 그의 이론을 강화했습니다.

수성의 근일점 세차

우선 GR은 1859 년부터 천문학 자들이 해결하려했던 문제를 해결했는데, 이는 수성의 궤도의 흥미로운 특성이었습니다. 수세기 동안 천문학 자들은 태양 주위의 수성의 궤도를 계산하기 위해 뉴턴 역학에 의존했습니다.

이러한 역학은 행성 궤도의 편심을 설명 할 수 있지만, 수성의 근일점 (궤도에서 가장 먼 지점)에 도달 한 지점이 시간이 지남에 따라 태양 주위로 이동 한 이유를 설명 할 수 없습니다.

이 문제는 머큐리의 "근일점 세차"로 알려져 있었는데, 이것은 고전 물리학에 따르면 이치에 맞지 않는 것으로 Newton에 따르면 어떤 2 ​​체 시스템에서 근일점 지점이 수정 되었기 때문입니다.

여러 가지 해결책이 제안되었지만 해결 한 것보다 더 많은 문제를 도입하는 경향이있었습니다. 그러나 중력이 시공간의 곡률에 의해 매개되는 아인슈타인의 GR 이론은 관찰 된 근일점 이동량과 일치했습니다.

그것은 아인슈타인이 내린 첫 번째 예측 중 하나이지만 확실히 마지막은 아닙니다. 여기에 몇 가지 더 있습니다 ...

블랙홀과 중력파

GR의 예측 중 하나는 충분히 조밀 한 질량이 외부 경계 (일명 사건 지평선) 내에서 시간이 멈출 때까지 시공간을 변형시킬 수 있고 물리 법칙이 서로 구별 할 수 없게 될 것이라는 것입니다.

그 결과 중력이 실제로 빛의 속도를 초과하여이 콤팩트 한 덩어리를 이상적인 "흑체"로 만듭니다. 즉, 어떤 전자기 복사 (빛 포함)도 빠져 나갈 수 없습니다.

과학자들은 이전에 그러한 질량에 대해 이론화했지만 GR의 해결책으로 "블랙홀"의 존재를 최초로 제안한 사람은 Karl Schwarzschild였습니다. 1916 년에 그는 질량이 블랙홀이되기 위해 달성해야하는 반경 (이후 Schwarzchild 반경이라고 함)을 계산했습니다.

수십 년 동안 블랙홀은 과학적 호기심으로 남아있을 것입니다. 그러나 종종 "일반 상대성 이론의 황금기"라고 불리는 1960 년대에 이르러 GR과 우주 현상에 대한 연구가 블랙홀의 영향을 입증하기 시작했습니다.

1970 년대에 천문학 자들은 은하수 중심에있는 무선 소스 (Sagittarius A *)에도 밝고 매우 컴팩트 한 구성 요소가 있음을 발견했습니다. 주변 환경에 대한 후속 관찰과 결합하여 Sag A *가 실제로 SMBH (Supermassive Black Hole)라는 이론을 이끌어 냈습니다.

그 이후로 천문학 자들은 대부분의 거대한 은하가 전파, 적외선, X 선 및 감마선 파장에서 밝게 빛나게하는 유사한 활성 핵을 가지고 있음을 관찰했습니다. 일부는 심지어 수백만 광년 동안 연장되는 코어에서 나오는 과열 물질의 제트를 가지고있는 것으로 밝혀졌습니다.

2016 년에 레이저 간섭계 중력파 관측소 (LIGO)의 과학자들은 중력파를 최초로 감지했다고 발표했습니다. 원래 GR에 의해 예측 된이 현상은 본질적으로 대격변 사건에 의해 발생하는 시공간의 파급입니다.

여기에는 이진 블랙홀 또는 중성자 별 합병, 중성자 별과 합병하는 블랙홀 또는 다른 조밀 한 물체 간의 충돌과 같은 사건이 포함됩니다. 2016 년부터 여러 중력파 이벤트가 감지되었습니다.

2019 년 4 월 10 일, The Event Horizon Telescope (EHT)로 알려진 공동 과학 프로젝트는 Messier 87의 핵심에 위치한 SMBH를 둘러싼 사건 지평선의 최초 직접 이미지를 발표했습니다.

우주적 상수와 암흑 에너지

상대성 이론의 장 방정식의 또 다른 결과는 우주가 팽창 또는 수축 상태에 있어야한다는 것입니다. 흥미롭게도 이것은 우주가 정적이고 안정적이라고 믿고 싶어했던 아인슈타인과 잘 어울리지 않았습니다.

이를 해결하기 위해 아인슈타인은 "중력을 억제"하는 힘을 고안하여 우주가 스스로 붕괴되지 않도록했습니다. 그는이 힘을 "우주 상수"라고 불렀는데, 이것은 문자 Lamba (Λ)로 과학적으로 표현되었습니다.

그러나 1929 년 미국 천문학 자 에드윈 허블은 이웃 은하를 발견 한 덕분에이 문제를 해결했습니다. 적색 편이를 측정 한 후, 그는 우주에있는 대부분의 은하들이 우리 은하에서 멀어지고 있다는 것을 발견했습니다.

요컨대, 우주는 팽창 상태에 있었고 그 속도는 허블 상수로 알려지게되었습니다. 아인슈타인은이 발견을 기꺼이 받아들이고 우주 상수가 그의 경력에서 "가장 큰 실수"라고 주장했습니다.

그러나 1990 년대까지 천문학 자들은 우주를 더 멀리 바라 보는 관측을 수행 할 수있었습니다 (결과적으로 시간을 거슬러 올라갑니다). 이러한 관찰은 우주가 팽창하는 속도가 실제로 증가하고 있음을 드러내는 것처럼 보입니다.

현재의 이론에 따르면 우주의 가장 초기 관측 가능 기간 (빅뱅 이후 약 10 억년)부터 빅뱅 이후 약 100 억년까지 우주는 중력에 의해 지배되고 더 느리게 확장되었습니다.

그러나 40 억년 전 현재 우주의 대규모 구조는 암흑 에너지가 지배적 인 힘이되었고 모든 것이 더 빨리 분리되기 시작했을만큼 충분히 멀리 떨어져있었습니다. "중력을 억제 한"아인슈타인의 신비한 힘이 발견되었습니다!

상대성 이론에 대한 실험적 증거

1905 년 이래로 SR을 확인한 놀라운 범위와 다양성의 수백 가지 실험이 수행되었습니다. 여기에는 빛이 등방성임을 확인한 여러 실험이 포함되었습니다 (즉, 모든 방향에서 측정 할 때 동일한 속성을 가짐).

여기에는 1887 년에 MMX (Michelson-Morley Experiment)가 포함되는데, 간섭계를 사용하여 수직 방향으로 빛의 속도를 측정하기 위해 고안되었습니다. 두 광원이 병합되어 간섭 패턴을 생성하는 장치입니다.

이것의 목적은“발광성 에테르”를 통해 물질 (이 경우 지구)의 상대적 운동을 감지하는 것이 었습니다. 이 실험은 지구 궤도 방향의 빛의 속도와 직각의 빛의 속도 사이에 큰 차이가 없다는 것을 보여 주었기 때문에 실패했습니다.

유사한 실험이 20 세기 초에 감도를 높이는 다른 장치와 도구를 사용하여 수행되었지만 모두 동일한 (null) 결과를 생성했습니다.

20 세기 후반까지 레이저를 사용하여 빛의 등방성을 측정하는 실험이 수행되었습니다. 이 실험에는 빛의 단방향 및 왕복 속도를 측정하고 고정 된 물체와 움직이는 물체를 모두 사용하는 것이 포함되었습니다.

다시 한 번, 이러한 실험은 SR과 일치하는 null 결과를 얻었습니다. "에테르"의 존재 또는 영향을 확인할 수없는 실험에 비해 아인슈타인의 솔루션은 현재까지 가장 우아하고 포괄적 인 솔루션입니다.

일반 상대성 이론 (GR)의 관점에서 직장에서의 예상 효과를 보여주는 광범위한 관찰 캠페인이 수행되었습니다. 예를 들어, 2017 년에 유럽 천문학 자 팀은 20 년 동안 우리 은하의 중심에있는 초 거대 질량 블랙홀 (SMBH) 인 궁수 자리 A *를 관찰 한 결과 아인슈타인과 GR의 예측이 어떻게 확인되었는지 보여주었습니다.

칠레에있는 유럽 남방 천문대의 VLT (Very Large Telescope)와 다른 망원경의 데이터를 사용하여 그들은 궁수 자리 A *를 공전하는 세 개의 별을 모니터링하고 그 별이 편심에 미치는 영향을 확인했습니다.

그들이 발견 한 것은 별들 (S2) 중 하나가 SMBH 주위의 특히 타원형 궤도를 따라가는 데 15.6 년이 걸린다는 것입니다. 가장 가까운 곳에서는 태양과 지구 사이의 거리 (120 AU)의 120 배 이내에 도달합니다. 이러한 궤도 편차는 GR과 일치했습니다.

중력 렌즈 및 적색 편이

아인슈타인이 중력장에서 시공간이 어떻게 작용하는지에 대한 그의 이론을 제안한 직후, 그것을 시험 할 기회가 생겼습니다. 1919 년에 천문학 자들은 개기 일식이 5 월 29 일에 일어날 것이라는 사실을 알고 있었으며 이는 기회를 제공했습니다.

아인슈타인과 독일의 천문학자인 Erwin Finlay-Freundlich는 전 세계 과학자들에게이 행사 동안 빛의 편향을 측정하여 GR을 테스트 할 것을 촉구했습니다.

상대성 이론과 같은 개념을 설명하는 데 능숙한 영국의 천문학 자이자 과학 커뮤니케이터 인 Arthur Eddington 경은 도전을 시작하여 프린시 페 섬 (아프리카 적도 기니 해안에서 벗어남)으로 탐험을 시작했습니다.

일식 동안 태양 광선은 달의 존재에 의해 가려져 그 주위의 별이 보이게했습니다. Eddington은이 별들의 사진을 찍고 태양의 중력 영향으로 인해 빛의 경로가 바뀌 었음을 확인했습니다.

1919 년 11 월 7 일 타임즈 "과학의 혁명 – 우주의 새로운 이론 – 뉴턴의 사상 전복"이라는 제목으로 그의 캠페인 결과를 발표했습니다.

빛의 통과가 큰 물체의 영향을받는이 효과는 "중력 렌즈"로 알려진 방법을 생성했습니다. 여기에는 거대한 천체 (별, 은하, 은하단, 블랙홀 등)의 존재에 의존하여 그 너머의 물체를 관찰하는 것이 포함됩니다.

사실, 천문학 자들은 광원, 중력 렌즈, 관찰자 ​​사이에 거의 완벽한 정렬이있을 때 빛이 고리 모양으로 변형된다는 사실을 발견했습니다. 이것은 이제 "아인슈타인 고리"라고합니다.

이 효과는 천문학 자, 특히 다음과 같은 우주 망원경의 배치에서 정기적으로 관찰되었습니다. 허블. 이에 대한 좋은 예가 2018 년에 일어 났는데, 국제 과학자 팀이 은하단을 사용하여 지금까지 관측 된 가장 먼 개별 별 (90 억 광년 떨어진 곳에 위치한 Icarus라는 이름)을 관찰했습니다.

일반 상대성 이론을 확인하는 또 다른 증거는 중력장의 존재에 의해 전자기 복사가 늘어나는 방식입니다. 이것은 중력장의 영향으로 빛의 파장이 길어지는 현상 인 "적색 편이"로 알려진 현상입니다.

즉, 멀리 떨어진 천체 (별, 은하 또는 은하단)에서 나오는 빛은 스펙트럼의 빨간색 끝쪽으로 이동합니다. 적색 편이의 범위는 중력장이 영향을 미치는 정도를 계산하는 데 사용됩니다.

적색 편이는 또한 먼 은하의 빛이 광원과 관찰자 사이의 중간 공간에 의해 늘어나 기 때문에 우주가 팽창하는 속도를 측정하는 데 널리 사용됩니다.

그러나 GR을 테스트하는 방법으로도 사용되었습니다. 특히 블랙홀이있을 때 빛이 어떻게 작용하는지 관찰 할 때. 이것의 좋은 예는 또한 궁수 자리 A *를 공전하는 별의 관측을 포함합니다.

담당 팀은 2018 년 5 월에 발생한 블랙홀 앞을 지나갈 때 VLT를 사용하여 S2를 모니터링하는 GRAVITY 협업의 구성원으로 구성되었습니다. 궤도에서 가장 가까운 지점에서 별은 내부에있었습니다. 200 억 km (124 억 마일)의 SMBH와 거의 3 %의 광속으로 이동합니다.

GR과 일치하게 팀은 S2가 궁수 자리 A *에 가까워 질수록 강화되는 중력 적 적색 편이를 관찰했습니다. 블랙홀의 매우 강한 중력장은 별의 빛의 파장을 늘려 스펙트럼의 빨간색 끝쪽으로 이동하게했습니다.

아인슈타인이 이론 물리학 자로 경력을 시작했을 때 그는 혁명 직전의 세계로 진입하고있었습니다. 모든 종류의 문제를 제시하는 새로운 발견과의 불일치로 인해 오래된 관습에 의문이 제기되었습니다.

그가 세상을 떠났을 때, 아인슈타인은 과학사에서 거의 비교할 수없는 유산을 남겼습니다. 그는 신구 이론에 종합을 제안하고 시공간, 물질 및 에너지가 상호 작용하는 방식에 대한 새로운 이해를 창출했습니다.

뿐만 아니라 그는 과학에서 더 많은 혁명을 가져올 혁신을 개척했습니다. 백 년이 지난 오늘날에도 그의 이론은 여전히지지를 받고 있으며 우주에 대한 우리의 이해를 계속해서 알려줍니다.

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