"상대성이론의 종말" 불쌍한 한국, 한국인!!

글쓴이
백진태
등록일
2002-04-30 18:43
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안녕하세요?
저는 인터넷을 통해 글을 보면서 깜짝깜짝 놀랄 때가 많았습니다.
역시 우리나라에는 우수한 인재들이 많다는 것입니다.
그 많은 인재들이 제대로 된 교육을 받았더라면...
그들 자신은 물론 국가적으로도 과학입국의 든든한 대들보가 이루어졌을 겁니다.
제가 혼자 이렇게 떠돈지 20여년이 지난 현재와 같은 이공인들의 피해의식도
아마 없었을지도 모른다는 것이지요.
앞으로도 계속되야 할(?) 우리 인력 낭비를 어떻게 막을 수 있을지,
저는 참으로 난감한 심정입니다.
이 글을 보시는 분들은, 제게 감정이 있으시더라도 조금만 참으시고,
책 내용을 한번 더 참고하시고 실제로 계산도 해 보시기를 간곡히 부탁드립니다.
너무 간단한 수식의 변형이기 때문입니다.

이번에는 많은 분들이 기초적으로 알고 있는 로렌츠좌표변환식을 살펴봅니다.
특수 상대성이론은 로렌츠좌표변환식에 의미를 부여한 것이므로,  <1>
이 변환식이 뜻하는 바가 무엇인지 모른다면,
특수상대성이론은 전혀 모른다는 이야기가 되는 것입니다.

먼저 이해를 돕기 위해 앞에서 언급했던 내용을 다시 봅시다.
앞글의 [상황 2]의 경우라는 것을 알게 되면 다음과 같은 내용이라고 말씀드렸습니다.  <2>

>확인 과정을 두기 위하여 버스의 길이를 x'=150m로 하고 음파의 왕복운동으로 봅니다.
>물론 지상에 정지한 갑에게도 음파가 도착해야 음파의 왕복을 알 수 있겠지요?
>두 관측자가 동일 시각 t1=t1'일 때 버스가 출발하고, 버스 내부에서 음파도 출발합니다.
>버스 내부의 을에게 반사된 음파가 시각 t2'에 도착한다면,
>을이 관측한 음파의 왕복시간 t'은
>            t'=t2'-t1'
>이 됩니다. 그래서 을이 관측한 음파의 속도 V'는 V'=x'/t' 가 됩니다.
>그러나 지상에 정지한 갑에게는 음파의 도착 시각이 다르게 나타납니다.
>즉, 버스 내의 음파가 왕복하는 t'시간 동안 버스는 속도 v로 운동을 했지요? vt'만큼...!
>따라서 갑에게 음파가 도착하려면, 음파는 vt'만큼을 더 운동해야 합니다.
>갑이 그의 공간 내에서도 음파의 속도를 V'라고 한다면(버스 내부와 외부 매질 동일),
>음파의 도착시각 t2는
>          t2=t2'+vt'/V'
>가 되므로, 갑이 관측한 빛의 왕복시간 t는
>          t=t2-t1=(t2'-t1')+vt'/V' = t'+vt'/V'
>로서, 버스 내부의 관측자 을 보다 vt'/V' 만큼 더 긴 시간으로 관측하게 됩니다.
>(여기서 V'는 갑과 을의 공간에서 맥스웰이 계산으로 나타낸 음속,
>버스의 운동에 변함없이 음속이 일정하다는 아인슈타인의 광속일정을 생각하시면 됩니다)

>이제 계산해 봅시다.
>갑이 관측한 음파의 속도는 얼마입니까?
>        V=x/t=(x'+vt')/(t'+vt'/V')=(x'+vt')/{(V't'+vt')/V'}=V'
>결국 두 관측자 갑과 을은 동일한 음속으로 나타나게 되는 것입니다.
>여기서 잠깐 살펴봅시다.
>갑이 관측한 음파의 왕복시간 t는 t=t'+vt'/V' 였고, 여기서 t'=x'/V'였습니다.
>그래서 식을 다시 써 보면,
>            t=t'+vx'/V'^2  ..... (1)
>가 되는데, 어디서 많이 본 식이 아닙니까?
>V'를 c로 대체하고, 비례상수 k(혹은 감마)만 넣으면 로렌츠좌표변환식이 되죠?

로렌츠좌표변환식들을 다시 한번 봅시다.
로렌츠변환식 : (시간식) : t'={t-(vx/c^2)}*k
              (거리식) : x'=(x-vt)*k
역로렌츠변환식 : (시간식) : t={t'+(vx'/c^2)}*k
                (거리식) : x =(x'-vt')*k
이렇게 두 가지 식이 있습니다.
비례상수 k(혹은 감마)를 구할 때 조건이 있었지요? "광속일정" !!! x=ct, x'=ct'!!!
로렌츠 좌표변환식에서 vx/c^2 라는 항을 자세히 보시기 바랍니다.
            (v/c)*(x/c)
이렇게 분해가 됩니까? 안됩니까? 한번 다시 보세요!!!
x/c 가 무엇이었지요? "광속일정"의 조건이라는 x=ct에서 x/c는 t 잖아요!!
    <x/c : "계(버스)"의 길이 x를 빛이 광속 c로 운동하는데 걸린 "시간">
그러면 로렌츠 좌표변환식은 어떻게 됩니까?
            t' = {t+(v/c)(x/c)}*k
            = {t+(vt/c)}*k .... (2)
이렇게 되는지? 안 되는지? 확인해 보세요!
된다면, 여기서 vt/c 는 어떤 의미였습니까?
  <vt/c : "계(버스)"가 속도 v로 t "시간" 이동한 거리 vt를 빛이 속도 c로
          전달되는데 걸리는 "시간".
          이것을 다시 합해서 써 보면,
          "계(버스)"의 길이 x를 빛이 광속 c로 운동하는데 걸린 "시간" t 만큼,
          "계(버스)"가 속도 v로 t "시간" 이동한 거리는 vt인데,
          이 거리를 빛이 속도 c로 지상의 정지한 관측자에게 도달하는데 걸린 "시간">
그래서 좌표변환식은 수식적으로는
          "시간" = ("시간" + "시간")*k
가 되고, "시간"은 "길이"라는 물리량이 있기 때문에 비례상수 k로 곱하거나 나누어질 수
있는 것입니다.
또, (2)식은 어떻게 쓸 수 있습니까?
          t' = t{1+(v/c)}*k .... (2)'
로 쓸 수 있지요? 확인해 보세요! 그렇지요?
이것은 무슨 식이었습니까?
질점적 도플러효과의 주기 표현식에 비례상수 k(또는 감마)만 넣은 식이잖아요!!!

여기까지가 좌표변환식의 해석인 것입니다.
좀 더 세분하면, 로렌츠변환식은 파원이 관측자에게 접근하는 경우의 식이 되고,
역로렌츠변환식은 파원이 관측자에게서 멀어지는 경우의 식이 됩니다.
여기서 또 프라임의 의미를 따져야할텐데... 책을 자세히 보시면 됩니다.

이렇게 되면,
질점적 도플러효과에서 뜻하는 운동체의 운동 "시간" t와
"계"의 도플러효과(좌표변환식)에서 뜻하는 "계"의 운동 "시간" t는 어떤 차이가 있는가?
를 따져야 하는 것이 아니겠어요?

좌표변환식을 보면, 이름은 다르지만 이미 고등학교 책에서 배운 내용입니다.  <3>
윗 글의 내용을 다시 한번 생각해 보시고,
갈릴레이 좌표변환식에서 뜻하는 속도 관계식을 보면,
              x = x'+vt
라는 식을 속도 관계로 나타내려면, 시간으로 미분하여
            c = c' + v
가 되어, "광속일정의 원리" 즉,
c=c'에 어긋나기 때문에 로렌츠좌표변환이 필요하다고 했습니다.
구성을 살펴봅시다.
            c : 정지한 관측자가 측정한 광속
            c': 운동 관측자가 측정한 광속
            v : 정지 관측자와 운동관측자의 상대속도
이렇게 3요소가 있습니다.
즉, 좌표변환을 적용시키기 위한 조건은,
          정지 관측자
          운동 관측자
          운동체(위에서는 빛)
이러한 3요소가 필요한 것입니다.
그런데 현대물리학이 다루는 상대성이론에서 이러한 3요소가 구성되어 있습니까?
무슨 소리인가? 하면,
고등학교 책의 설명처럼 또는 갈릴레이 좌표변환에서 이야기하는 식이 뜻하는 것처럼,
적어도 로렌츠좌표변환식에 의미를 부여한 상대성이론을 적용시키려면,
        실험실에 정지한 관측자
        속도 v로 운동하는 입자가속기를 타고 운동하는 관측자
        입자가속기 내부에서 가속되는 입자(위의 예에서는 빛)
이런 구성이 되어야 상대론을 적용시킬 수 있는 것이란 말입니다. 아시겠어요?
아무렇게나 뮤-온 이나, 쌍둥이역리나, 가속입자 등에 적용시키는 것이 아니라....
        실험실에 정지한 관측자
        뮤-온
이 둘 밖에 없지요?
운동관측자는 어디 있습니까?
이런 것들은 모두 질점적 상대운동을 다루는 뉴턴역학적인 경우란 말입니다!!!
"계"의 개념조차 없는 지금의 상황에서 상대성이론이 증명되었다고 하는 것은,
몽땅 엉터리라는 말씀이며, 비례상수 k(또는 감마)를 도입한 물리이론들은 물론
몽땅 다 다시 해야 한다는 말씀입니다.
이제 마이켈슨-몰리실험에서 "에테르"의 존재 유무보다,
"계"의 개념을 더욱 강조하려는 이유를 이해하시겠는지요?

이제 다음의 계산을, 여러분도 한번 직접 계산해 보세요!!!

책에서도 분명히 밝혔듯이 "광속일정"이라는 조건 하에서,
로렌츠변환식 : (시간식) : t'={t-(vx/c^2)}*k
                    (거리식) : x'=(x-vt)*k
역로렌츠변환식 : (시간식) : t={t'+(vx'/c^2)}*k
                        (거리식) : x =(x'+vt')*k
이러한 식들이 있습니다.
속도란 "이동거리를 이동시간으로 나눈다"라는 개념으로,
(거리식)/(시간식)을 해 보세요! 어떤 값이 나오나!!!
계산을 간단히 하기 위하여 { } 속을 먼저 정리해 봅시다.
        {t-(vx/c^2)} = {t-(vt/c)} = (x-vt)/c
이렇게 됩니다. 해 보세요!! 따라서
          x'/t' = c
가 나올 수밖에 없는 것입니다.
이것은 로렌츠변환식이나 역로렌츠변환식이나 동일한 값 c가 나올 수밖에 없는데,
"계"의 개념에서는 아주 당연한 결과인 것입니다.  <4>
전혀 이상하지도 않고 신기하지도 않은데, 무슨 길이가 수축하고 시간이 팽창???

어느 계산이나 동일한 광속 c로 나오면서, 비례상수 k(또는 감마)는 하는 일이 없죠?
당연히 필요 없는 상수란 말입니다.
사람들이 좌표변환의 개념 자체를 모르기 때문에,
사람들이 도플러효과의 개념을 모르기 때문에,
뭐가 뭔지 모르니까 되지도 않는 계산으로 만들어 낸 상수 일 뿐이란 말입니다.

한번 보실래요?
갈릴레이변환식을 보면 두 가지 식이 있습니다.
              x'=(x-vt)
              x =(x'+vt)
여기서 무슨 근거로 t가 다르다는 겁니까? t=/=t'이어야 할 이유가 뭡니까?
              x = x'+vt'
로서, t가 아닌 t'로 놓아야 할 이유가 무엇이었는가? 하는 것입니다.
상대성이론이 나오기 전의 수식이라는 것을 생각해 보세요.
사람들이 이야기하듯이 무조건 "달라야 한다" 라는 것 때문입니까?
이렇게 놓은 결과를 알게 될 때,
비례상수 본래의 의미를 알 수 있게 됩니다.
흥미 있으신 분들께서 한번 생각해 보시기 바랍니다. 

저는 1974년 8월 이 후로부터 이러한 내용들을 알게 되었기 때문에
수정을 해 달라고 이제까지 노력해 왔던 것입니다.
그러나 너무 큰 문제이기 때문에 저와 같은 지하철 노동자 한 사람으로서는
할 수 없는 일이었습니다.
결국 지난 20여년 동안을 내 후배 물리학도들이 너무 순진하게 당하는 것을
보고 지내왔습니다. 또 앞으로도 당하게 되겠지요.
국가적으로는 항상 멍청한 국가로, 주변국에 찍소리 못하는 나라가 되고... 
이공인들의 피해는 더욱 커 갈 것이고...
쓸모 없는 상대론 배울 시간에 다른 과목을 공부한다면,
그것이 개인적으로나 국가적으로 이익이 될 일인 것을....
<교수><관><언>은 시간 지나면 봉급이 제때에 잘 나오니 걱정없겠지요!!!

아무튼 이공인 여러분의 앞날에 항상 행운이 깃들기를....!!! 

<1> 그러나 그 후 수년이 지나서야 아인슈타인에 의해서 이들 변환식의 완전한 뜻이
발견된 것이다.

<2> "관측자 S는 지구에 고정되어 있어서 그의 기준틀은 지구이고, 다른 관측자 S'는 지구에 대해 상대적으로 움직이고 있어서 --예컨대 움직이는 기차  안의 승객-- 그의 기준틀은 기차라고 하자.  이들은 각각 같은 물체, 말하자면 움직이고 있는 공을 관측한다.  각 관측자는 자기의 기준틀에 대해서 측정한 변위, 속도, 가속도 등을 기록할 것이다. 그러면 이들의 측정값은 어떻게 비교할 것인가? S'틀이 S틀에 대해서 일정한 속도  v 로 운동하고 있는 경우를 생각하자." 
          [대학물리학. 인하대학교 출판부. 1974. p.60]

<3> "그림과 같이 일정한 속도 v1으로 달리고 있는 기차안에서 속도 v2로 걸어가는 사람을 생각해 보자."     
        [고등학교 물리 1. 자습서. 권숙일외 2명저. 동아출판사. 1988. p.13]

"배가 움직이고 있는 동안 사람이 배 위에서 속도 v2 로 B지점까지 걸어가면 두 속도 v1  과 v2 의 결과로 사람은 물에 대하여 O에서 C지점까지 속도 v3(= v2 + v1)로 운동한 것이 된다."         
        [고등학교 물리 2. 자습서. 권숙일외 2명저. 동아출판사. 1988. p.8]

<4> "조금 더 일상적인 비유를 살펴보자.
맑게 개인 날 두 배가 서로 옆으로 다가설 때, 어느 한 쪽 배의 사람이 물에 돌을 던졌다고
하자. 그러면 그림과 같은 원형의 잔 물결이 퍼져 나갈 것이다.
그러나 이때 퍼져 나가는 잔 물결의 모양은 각각의 배에 탄 두 사람에게는 틀리는 꼴로
보일 것이다. 그리고 배에 탄 사람은 자기가 퍼지는 잔 물결의 중심에 있는지 없는지를
관찰하는 것만으로 자기가 물에 대하여서 움직이고 있는지 없는지를 알아낼 수 있을 것이다. 이때 물 자체가 기준계로서 행동하는 것이다.
그리고 움직이는 배에 탄 관측자는 자기에 대한 물결 속력을 방향에 따라 다르게 측정하게
되며, 이에 반하여 정지하고 있는 배에 탄 사람은 물결의 속력을 방향에는 관계없이 동일하게 측정할 것이다. 물에서의 운동과 파동이 공간에서의 운동과 파동과는 전연 다르다는 것을 인식하는 것이 중요하다.

물에서의 파동의 속력은 관측자의 운동에 따라 변하는데 반하여 공간에서의 빛의 파동속력은 그렇지 않다는 것이다.

위에서 든 예에서 두 배에 탄 사람이 동일한 모양으로 광구가 퍼져 나가는 것을 본다는
사실을 해석할 수 있는 유일한 방법은, 상대방 배에 타고 있는 사람의 입장에서 볼 때,
각 관측자의 좌표계가 그들 상대운동의 영향을 받았다고 볼 수밖에 없는 것이다.

지금까지 인정된 물리법칙과 Einstein 의 두 가정만을 가지고 이 개념을 발전시키면
많은 특이한 효과를 예측할 수 있다는 것을 알게 된다.
현대물리학이 거둔 승리 중의 하나는 이들 효과를 실험적으로 확인한 데 있다.
            [현대물리학. 윤세원외 5명역. 탐구당. 1974. p. 9~~13]
 
***참고
위에서 든 예에서 두 배에 탄 사람이 동일한 모양으로 광구가 퍼져 나가는 것을 본다는
사실을 해석할 수 있는 유일한 방법은, 상대방 배에 타고 있는 사람의 입장에서 볼 때,
각 관측자의 좌표계가 그들 상대운동의 영향을 받았다고 볼 수밖에 없는 것이다.
......> 이 내용을 특히 주의해 보시기 바랍니다.
        "계"의 개념에서는 아주 당연한 것입니다.
   







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