특수 상대성 이론
위키백과 ― 우리 모두의 백과사전.
특수 상대성 이론 (독일어: spezielle Relativitätstheorie, 영어: special theory of relativity)은 알베르트 아인슈타인이 1905년 발표한 물리학 이론이다. 이것은 고전 역학을 대체할 이론으로서 맥스웰 방정식에서 다루고 있는 전자기학을 포함하고 있다. 특수 상대성 이론은 아인슈타인의 상대성 이론 중에서도 중력의 작용을 배제한 특수한 경우를 위한 것이기 때문에 "특수"라는 수식어가 붙어 있다. 아인슈타인은 10년 후에 중력까지 포함한 내용의 일반 상대성 이론을 발표한다.
특수 상대성 이론은 서로 등속 운동하는 두 좌표계 즉 관성계에서 물리 법칙이 동일함을 서술하는 이론이다. 원래 고전 역학에서 두 관성계에서 서술되는 역학 법칙은 Galilean relativity로 설명할 수 있었다. 그러나 전자기학이 정립되면서, 전자기파 즉 '빛'의 속력은 맥스웰 방정식에 의하여 유도되는 물리 상수임이 밝혀졌다. 다시 말해서 어느 좌표계에서든, 빛의 속력은 동일해야 한다.
Gallilean Relativity에서 두 관성계 상에서 동일한 양(이것을 불변-invariant-이라고 한다)은 바로 두 지점 사이의 거리가 된다. 그것은 우리가 고등학교때까지 당연한 사실로 인정하고 받아들여왔던 내용이다. 조금 형식을 갖추어 쓴다면 다음과 같다. 우선 두 점의 좌표가 A라는 관성계에서 (x1, y1, z1), (x2, y2, z2)으로 나타난다고 하자. B라는 관성계에서는 (x1', y1', z1'), (x2', y2', z2')으로 나타난다고 하자. Gallilean relativity에서는
(x1 − x2)2 + (y1 − y2)2 + (z1 − z2)2 = (x1' − x2')2 + (y1' − y2')2 + (z1' − z2')2
이라는 관계가 나온다. 양 변은 각각 두 좌표계에서 측정한 거리의 제곱값이 된다.
특수 상대성 이론에서 아인슈타인은 다음과 같은 관계를 제안한다.
(c(t1 − t2))2 − [(x1 − x2)2 + (y1 − y2)2 + (z1 − z2)2] = (c(t1' − t2'))2 − [((x1' − x2')2 + (y1' − y2')2 + (z1' − z2')2]
이것이 특수 상대성 이론의 기본 결론이다.
