| 제목: 3 아인슈타인의 속도개념은 1차원적이다 |
3장
아인슈타인의 속도 개념은 1차원적이다
상대성이론은 4차원의 시-공간을 취급하는 것이라고 알려져 있다. 따라서 독자들은 아인슈타인의 속도 개념이 1차원적인 것이라는 말을 들으면 수긍하지 않을 것이다.
상대론에서 취급하는 속도는 1차원적 상황에 한정되어 있다는 것은 앞의 장에서 이미 상당한 정도로 논했다. 본 장에서는 1차원적 상황, 2차원적 상황, 및3차원적 상황에서의 상대속도를 구체적인 연습문제를 통해 자세하게 논하고 아인슈타인의 속도 개념이 1차원에 한정되어 있음을 밝히고자 한다.
1차원적 상황 (one-dimensional situation)이란 움직이는 물체와 이를 관측하는 관측자가 동일 직선상에 위치하는 경우이다. 더 정확히 말하면, 관측자가 직선 운동을 하는 물체의 동선(動線, line of motion)상에 있는 경우이다 (여기서 관측자는 사람이 아니고 다른 물체이어도 좋다.) 이때 관측자는 움직이는 물체의 동선 위에 정지해 있을 수도 있고 동선 위에서 임의의 속도나 방향로 움직일 수도 있다.
필자가 말하는 동선(line of motion)은 직선이다(필자의 정의). 물체가 직선 운동을 할 경우에는 물체가 움직이는 직선 궤적이 곧 동선이 된다. 물체가 곡선운동을 할 경우에는 물체가 위치한 곡선 궤적상의 특정 지점에서의 접선(接線)이 주어진 순간에서의 물체의 동선이 된다. 필자가 말하는 동선은 2차원, 3차원에서 상대속도를 이해하는 데 있어 중요한 개념이다 (본서 부록 “Speed in More-than-one-dimensional Situations” 의 용어의 정의 장 참고).
2차원적 상황 (two-dimensional situation)은 관측자가 물체의 동선 위에 있지는 않으나 이들 양자(관측자와 물체의 동선)가 동일 평면 위에 있는 경우이다.
3차원적 상황 (three-dimensional situation)은 움직이는 물체의 동선 (line of motion)과 관측자가 동일 평면 위에 있지 않는 경우이다. (3차원적 상황의 구체적 연습문제는 부록 “Speed in more than one-dimensional Situation” 에서 다루었다.)
물리학자들은 속도를 1차원적 상황(위 정의 참고)에서만 취급해 왔기 때문에 2차원, 또는 3차원적 상황에서는 상대속도의 개념을 이해하지 못한다. 2차원적 상황의 몇 가지 연습문제를 통해서 물리학자들이 범하는 근본적 오류를 알아보자.
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이하 연습문제를 포함한 전체 글은 첨부파일로 올렸습니다.
첨부 파일에는 여러개의 속도 문제를 다루었습니다. 관심있는 분들은 세심하게 검토하여 주시고 혹 잘못된 부분이 있으면 지적하여 주시기 바랍니다.
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