상대성 이론
상대성 이론(相對性理論,theory of relativity) 혹은 단순히 상대성(독일어: Relativität, 영어: relativity)은 알베르트 아인슈타인이 제창한 시간과 공간에 대한 물리 이론으로, 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론으로 나뉜다. 상대성 이론에 따르면, 서로 다른 상대 속도로 움직이는 관측자들은 같은 사건에 대해 서로 다른 시간과 공간에서 일어난 것으로 측정하며, 그 대신 물리 법칙의 내용은 관측자 모두에 대해 서로 동일하다.
상대성 이론은 단순한 자연 법칙이 아니고 일종의 사고 체계라고 할 수 있다. 상대성 이론은 인식에 대한 대변혁을 일으킨 것이다. 추상적 수학 개념과 세밀한 관측이 자연을 이해하는 열쇠가 된다고 알려준 갈릴레오 갈릴레이와 아이작 뉴턴이 해결하지 못했던, 측정의 대상이 되는 물체와 측정의 기준이 되는 기준 좌표계의 관계를 이해하기 위한 고민에서 상대성 이론이 시작되었다고 할 수 있다.
아인슈타인은 상대성 이론에 대해 다음과 같이 언급한 바 있다.
“상대성 이론은 돌파구가 있을 것 같지 않은 심각하고 깊은 옛 이론의 모순을 해결하기 위해 생겨났다. 이 새로운 이론은 일관성과 간결함을 유지하면서 옛 이론의 모순을 강력히 해결한다.”
— 아인슈타인, 《물리학의 진화》에서
일반 상대성 이론은 1916년에 아인슈타인이 발표하였다. (먼저 프로이센 과학 아카데미에서 1915년 11월 25일에 제출) 일반 상대성 이론은 뉴턴의 만유 인력 법칙을 대체하는 새로운 수식을 제시하는데, 이를 이용해 중력 현상을 설명하기 위해서는 미분 기하학과 텐서라는 수학적 개념이 필요하다. 특수 상대성 이론이 관성 좌표계의 관측자만을 다루는 데 반해, 일반 상대성 이론에서는 모든 기준계의 관측자가 동일하다. 물리 법칙은 관측자가 가속 운동을 하는 경우에도 모두 동일하게 적용된다. 중력은 시공간의 휘어짐으로 표현되는데, 이것은 곡률이 수학적으로 비 관성 좌표계와 동일하기 때문이다. 일반 상대성 이론은 질량과 에너지가 시공간을 휘게 하고, (빛을 포함한) 자유 입자들이 이렇게 휘어진 시공간 속에서 움직인다는 방식의 기하학적인 이론이다. 단 이러한 아인슈타인의 상대성 이론도 미시세계에서는 맞지 않는 부분이 있다. 즉 미시세계에서는 양자역학을 도입하게 되는 것이다. 아인슈타인은 생전에 미시세계에서의 상대성 이론의 불일치를 부정하였다. 이때 나온말이 그 유명한 " 신은 주사위 놀이를 하지 않는다(불확정성 원리를 비판) "이다.
아서 스탠리 에딩턴은 최초로 일반 상대성 이론에 대한 실험을 하였으며, 일반 상대성 이론을 지지하는 결과를 얻었다고 발표하였다. 오늘날, 에딩턴의 실험결과는 오차 범위내에서 뉴턴역학과 큰 차이가 없는 결과임이 알려졌지만, 에딩턴은 상대성이론과 일치하는 데이터를 중심으로 결과를 발표하였다. 그렇게 해서 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 과학계 전반에 받아들여지게 되었다. 그 뒤, 에딩턴의 실험보다 더 정밀한 수많은 실험들이 일반 상대성 이론의 각종 예측이 옳다는 사실을 증명하였다.[
