상대성 이론을 제창한 사람은 누구인가요?
알베르트 아인슈타인
알베르트 아인슈타인(, , 1879년 3월 14일 ~ 1955년 4월 18일)은 독일 태생의 스위스와 미국의 이론물리학자이다. 그의 일반 상대성이론은 현대 물리학에 혁명적인 지대한 영향을 끼쳤다. 또한 1921년 광전효과에 관한 기여로 노벨 물리학상을 수상하였다.
콤프턴 산란
1923년 아서 콤프턴은 양자역학과 상대성 이론을 사용하여 이 현상을 이론적으로 설명하였고, 이를 실험을 통해 확인하였다. 1925년에 콤프턴의 학생이었던 우유쉰(, )이 콤프턴 공식을 더 정밀한 실험을 통해 확연히 입증하였다. 콤프턴은 이 발견으로 1927년 노벨 물리학상을 수상하였다.
빛의 속력
로렌츠의 에테르 이론을 바탕으로, 헨리 포니케어는 이 공간의 시간은 일정한 광속이라는 가정하에 동시성을 가지는 에테르안에서 움직이고 있는 시계에 의해 보여지고 있다고 말했다. 1904년, 그는 로렌츠의 이론이 모두 옳다는 가정하에 빛의 속도가 역학적인 최고의 속도가 아닐까 생각했다. 그 후 1905년, 포니케어는 로렌츠의 에테르이론을 상대성 원리를 이용하여 관측적인 이론(영: full observational agreement)으로 만들었다.
중세의 우주론
1643년 1월 4일에 태어난 아이작 뉴턴은 인류 역사상 가장 영향력 있는 사람 중 한 명이며, 그의 대표적인 저서로는 역제곱법칙과 운동의 3법칙을 설명한 "자연철학의 수학적 원리(Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, 1687), 광학(opticks)" 등이 있다. 자연철학의 수학적 원리는 "프린키피아(Principia)"로 불리기도 한다.
그는 달이나 행성을 타원 궤도로 움직이게 하는 것이 무엇인가에 관해 깊이 생각하였는데, 이는 유명한 이야기로 알려져 있듯이 사과가 떨어지는 것을 보고 해결할 수 있었다. (물론 이 이야기가 실제로 있었던 사건이라는 증거는 없다.) 그는 사과를 지구로 끌어당기는 힘과 같은 자력이 행성에도 작용할지 모른다고 생각하였고, 이를 프린키피아에서 소개하였다. 그는 그의 저서, 프린키피아에서 관성과 보편중력(만유인력)의 개념을 통해 우주의 모든 물체 사이의 상호인력을 설명하였고, 우주만물을 수학적으로 설명할 수 있었다. 프린키피아 3권에서 뉴턴은 태양과 달의 보편중력이 지구의 각 지점을 당기는 인력의 차이로 지구의 조석현상인 밀물과 썰물을 설명해냈다. 이는 천상과 지상에 같은 운동법칙들과 힘이 작용한다고 생각한 것이므로, 전 우주에 동일한 자연법칙이 성립한다는 것을 의미하였다. 이와 같이 뉴턴은 우주가 겉으로 보기에는 복잡해 보일지 모르지만, 그 기원은 비교적 단순한 근본 요소들이기 때문에 새롭게 눈을 뜨기만 한다면 얼마든지 우주의 작동원리를 이해할 수 있다는 사실을 일깨워주었다. 또, 그는 행성의 속도 변화 문제에 관심을 가졌다. 여기서, 그는 이 문제를 해결하기 위해 유율(fluxion)이란 것을 생각해냈다. 유율은 오늘의 미적분에 해당한다고 할 수 있다.
특수상대론의 역사
중력의 상대론적 이론을 구성하고자 했던 첫 번째 시도는 푸앵카레의 작업이었다(1905). 그는 뉴턴의 운동방정식을 로런츠-불변인 형태로 바꾸고자 노력하였다. 상대론적 중력법칙에는 많은 후보가 있었고 푸앵카레는 그 중 두가지를 고려하였다. 푸앵카레는 중력파의 속력이 빛의 속력보다 몇 배나 빠르다는 피에르 라플라스의 주장이 상대론적으로 타당하지 않음을 보였다. 즉, 상대론적 중력이론에선, 중력파의 속력이 빛의 속력과 같더라도 행성 궤도는 안정되어 있다. 푸앵카레의 모델과 비슷한 모델이 민코프스키(1907)와 조머펠트(1910)에 의해서도 연구되었다. 그러나 1912년 아브라함은 이들의 이론이 중력의 벡터 이론의 한 종류라는 것을 밝혔다. 이들의 모델의 근본적인 결점은 물질 주변에서 중력에너지가 음수값을 가질수도 있게 되는 것이었다. 이들 이론의 대안으로서 아브라함과 Gustav Mie 는 1913년에 중력의 "스칼라 이론"을 제안하였다. Gustav Mie 는 그의 중력 이론을 완성하지 않았던 반면, 아브라함은 끝내 중력 이론을 위해 로런츠-공변 개념을 포기하였고 때문에 상대론을 버리게 되었다.
이들 모델은 모두 동등성 원리를 위반하는데, 아인슈타인은 로런츠-공변과 동등성 원리를 동시에 만족하는 중력이론을 만드는 것은 불가능하다고 주장하였다.
그런데 군나르 노르드스트룀(1912-1913)은 그러한 모델을 만들었다. 이는 중력질량과 관성질량이 모두 중력퍼텐셜에 의존하게 만듬으로써 가능하였다.
노르드스트룀의 중력 이론은 굉장히 놀라운 결과였는데, 왜냐하면 곧 아인슈타인과 아드리안 포커르()에 의해 밝혀졌듯이 노르드스트룀의 이론에선 중력이 시공간의 곡률로서 완전히 기술되기 때문이다. 노르드스트룀의 이론에 모순은 없었지만, 아인슈타인의 관점에선 한 가지 근본적인 문제가 있었다. 일반적 공변성 이라는, 중요한 조건을 만족하지 않았던 것이다. 이들 "스칼라 이론"과는 다르게, 아인슈타인은 1911-1915년에 중력의 "텐서 이론", 곧 일반 상대성 이론을 개발하였다. 아인슈타인의 이론은 동등성 원리와 일반적 공변성 모두를 만족하는 것이었다. 일반 상대성 이론에서 광속도 일정과 로런츠 공변성은 국소적으로만 성립하는 성질이기 때문에, "특수상대론적" 중력이론을 만드려는 시도는 모두 중단되었다. 여러 중력 모델 중, 수성 원일점의 세차 운동에 대해 정확한 계산 결과를 주는 모델은 아인슈타인의 이론 뿐이었다. 아인슈타인의 중력 이론은 그 당시 여러 중력 모델 중, 태양 주위의 빛의 굴절에 대해서 정확한 계산 결과를 주는 유일한 모델이기도 하였다.
프랑수아 샤틀레
샤틀레(Châtelet)는 파리에서 태어났다. 미셀 푸코와 질 들뢰즈(Gilles Deleuze)와 함께 그는 비핸나 대학의 철학과 출신이고 세계 철학 대학(Collège international de philosophie)을 공동 창립했습니다. 1971년 그는 상 파울로 대학 (University of São Paulo)의 교수였습니다.
 이것은 그가 장 삐에르 베르랑(Jean-Pierre Vernant)과 함께 브라질의 군사 정부 (독재)에 반대하는 항의 행위였다. 샤틀레(Châtelet)는 항상 생각과 행동을 연결하고 동시대 사람들과의 불안한 전투에 관심을 갖고 있었다.
철학에 대한 그의 개념은 그를 철학자가 아닌 철학 역사가로 만들어주었다. 그의 작품 이성의 역사 (History of Reason)에서 현대 서양 이성주의를 구성함에 있어서 철학의 역할을 보여준다. 그의 작품 플라톤(Plato)은 고대 그리스 철학자의 사상에 방대한 초대의 시작이다.
리 미분
이와 독자적으로, 벨기에의 물리학자 레옹 로젠펠드(, 1904~1974)는 일반 상대성 이론을 다루는 동안 이와 유사한 연산을 도입하였다. 로젠펠드는 이를 "국소 변화"()이라고 불렀으며, formula_138로 표기하였는데, 이는 오늘날의 formula_139와 사실상 같다.
상대성이론
아인슈타인은 상대성 이론에 대해 다음과 같이 언급한 바 있다.
알렉산드르 마르코비치 폴랴코프
알렉산드르 마르코비치 폴랴코프(, , 1945년 9월 27일 ~ )는 양자장론과 끈 이론에 큰 공헌을 한 이론물리학자이다.
알렉산드르 자몰롯치코프
알렉산드르 보리소비치 자몰롯치코프(, 1952년 9월 18일 ~ )는 러시아의 물리학자다. 끈 이론 및 응집물질물리학에 기여하였다. 2차원 등각 장론의 창시자 가운데 하나다.
특수상대론의 역사
플랑크(1906a)는 상대론적 운동량을 정의하였고 1905년 아인슈타인이 제안한 식에 있었던 작은 실수를 바로잡아 횡질량과 종질량의 정확한 식을 제안하였다. 플랑크의 식은 근본적으론 1899년 로런츠의 식과 같았다. 플랑크의 작업에 기초하여, 길버트 루이스와 Richard C. Tolman(1908,1909)는 질량을 속도에 대한 모멘텀의 비율로서 질량을 정의하여 상대론적 질량의 개념을 발전시켰다. 때문에 기존에 가속도에 대한 힘의 비율로서 질량이 정의되었을 때 도입된 종질량과 횡질량의 개념은 더이상 필요치 않게 되었다. 1912년 Tolman 은 상대론적 질량을 물체의 실제 "질량" 으로 해석하였다. 하지만 상대론에 대한 현대 교과서들은 상대론적 질량이란 개념을 더이상 사용하지 않고, (정지) 질량 그 자체는 불변적 물리량으로 여거지고 있다.
특수상대론의 역사
특수상대론의 역사는 앨버트 에이브러햄 마이컬슨, 헨드릭 로런츠, 앙리 푸앵카레 등으로부터 시작된다. 이들이 로런츠 변환을 제안한 뒤, 막스 플랑크, 헤르만 민코프스키 등이 후속 연구를 행하고, 알베르트 아인슈타인이 이를 특수 상대성 이론으로 집약하였다.
특수상대론의 역사
1905년 12월 26일, 알베르트 아인슈타인은 오늘날 우리가 특수 상대성이론으로 부르는 논문을 발표하였다. (논문의 원래제목은 '움직이는 물체의 전기동역학에 관하여' 이다)그는 당시 물리학자들이 믿고 있던 에테르의 개념을 폐기하고, 두가지 근본 원리를 제시하였는데, 하나는 상대성 원리이고 다른 하나는 광속도 불변의 원리이다. 아인슈타인의 작업을 제대로 이해하기 위해, 1905년 이전의 상황에 대한 요약을 아래에 실었다. (아인슈타인은 1895년 로런츠의 이론을 알고있었고, 푸앵카레의 "과학과 가설"을 읽어보았지만, 로런츠와 푸앵카레의 1904-1905년 논문은 모르고 있었다.)
외트뵈시 로란드
외트뵈시는 오늘날 특히 중력 질량과 관성 질량 (소위 약한 등가 원리)의 등가에 대한 연구, 그리고 지구의 표면에서의 중력의 기울기 등의 중력에 관련된 실험을 통해서 기억된다. 약한 등가 원리는 상대성 이론에 있어서 현저한 역할을 하며, 외트뵈시의 실험은 알베르트 아인슈타인이 1916년에 '일반 상대성 이론의 기초'라는 논문에서 언급되었다. 중력의 기울기의 측정은 석유 매장량의 위치와 같은 응용 지구물리학에서 매우 중요하다. 중력의 기울기에 있어서 CGS 단위는 외트뵈시에 대한 존경에 eotvos라 붙여졌다(기호로는 E를 사용한다). 1886년에서부터 그가 사망하기까지 그는 부다페스트 대학에서 연구하고 가르쳤고, 1950년 부다페스트 대학은 외트뵈시의 이름을 따서 외트뵈시 로란드 대학으로 개명하였다.
현대물리학
양자역학이나 상대성 이론은 물리학자들이 연구실에서 연필이나 종이를 가지고 끝없이 머리 속으로 생각한 끝에 만들어낸 것으로 생각하기 쉽다. 그러나 사실은 전혀 그렇지 않았다. 19세기 말부터 20세기 초에 실험실에서는 새로운 방법과 정밀한 장비 덕분에 기존 이론에서 미처 설명하지 못했던 부분들의 실마리를 찾을 수 있게 되었다. 이 결과들을 통합적으로 설명할 수 있는 물리학 이론을 세우려는 과학자들의 노력이 결실을 맺은 것이 현대물리학이다. 양자역학과 상대성 이론도 이 중의 하나이다. 20세기는 1901년부터 시작되었지만 현대물리학은 이보다 앞선 1895년에 독일의 빌헬름 콘라트 뢴트겐이 엑스선을 발견하면서 시작되었다고 할 수 있다.. 엑스선 발견에 뒤이은 방사선의 발견, 전자의 발견 등은 한결같이 19세기 물리학이 성취한 업적이 의문을 제기하였으며, 이 의문을 해소하기 위해서는 새로운 이론과 관점이 필요했기 때문이다
요한 게오르크 폰 졸트너
빛에 대한 중력의 효과에 대한 솔드너(Soldner)의 연구 즉 빛의 굴곡에 대한 그의 기술이있었으며, 
이후 알버트 아인슈타인 (Albert Einstein)은 1911년 태양의 영향을 제외하는 중력 굴곡 량에 대한 가치를 계산하고 발표하여 필리프 레나르트(Phillipp Lenard)가 아인슈타인이 솔드너(Soldner)의 결과를 모방 한 것이라고 비난했었다. 그러나 이에 대한 확인된바는 없다. 당시 아인슈타인은 솔드너의 작업을 진정으로 인식하지 못했을 수도 있고, 자신의 계산이 독립적이고 자유롭기 때문에 이전 연구에 대한 언급이없는 것으로 간주했을 수도 있었다. 아인슈타인의 이러한 1911년 계산은 중력에 대한 시간팽창의 아이디어에 기반을 두었다.
알베르트 아인슈타인
1900년 봄, 아인슈타인은 연방 공과대학교를 졸업하였지만, 시민권 문제와 유대인에 대한 배척으로 취직을 하지 못하였다.
그는 가정교사, 임시교사 등을 전전하다가, 다행히 스위스 시민권을 취득한 후, 대학 친구였던 수학자 마르첼 그로스만의 아버지의 도움으로 베른에 있는 특허 사무소의 심사관으로 채용될 수 있었다.
특허 심사관으로 근무하던 1905년, 아인슈타인은 독일의 물리학 연보(Annalen der Physik)에 일련의 중요한 논문들을 다섯 편 연달아 발표한다.
우선 5월 한 달 동안 차례대로 브라운 운동에 관한 '정지 액체 속에 떠 있는 작은 입자들의 운동에 대하여', 빛의 광전 효과를 설명하여 고전 양자론을 태동시킨 '빛의 발생과 변화에 관련된 발견에 도움이 되는 견해에 대하여', 그리고 특수 상대성이론을 소개한 '운동하는 물체의 전기역학에 대하여'를 발표하였다.
1905년 8월에는 질량과 에너지의 등가설을 제창한 '물체의 관성은 에너지 함량에 의존하는가' 를 발표하였다. 1905년에 발표한 이 네 편의 논문들은 최초로 원자의 존재와 통계적 요동을 바탕으로 브라운 운동을 설명하는 한편, 현대물리학에서 양자역학과 상대성이론이라는 두 축을 등장시키게 되는 혁명적인 논문들이었다.
폴 디랙
폴 디랙(, 1902년 8월 8일 ~ 1984년 10월 20일)은 영국의 이론물리학자이다. 양자역학을 탄생시킨 사람 중의 하나로 꼽힌다.
상보성 (물리학)
양자물리의 기초를 만든 덴마크의 물리학자 닐스 보어는 이중성의 양립에 관한 이론을 정립하고 이를 상보성이라고 불렀다. 그의 개념에 의하면 양자현상은 상보적인 성질을 가진다. 즉, 입자 또는 파동으로 나타나는 이중성도 실험의 종류에 따라 하나의 성질로만 나타난다는 것이다. 각각의 에너지나 운동량의 변화를 조사하기 위한 실험에서는 입자의 성질이 나타나고 공간의 에너지 분포를 조사하기 위한 실험에서는 파동의 성질이 나타난다. 파동의 성질을 나타내는 빛과 입자의 성질을 나타내는 빛은 서로 보완하는 관계에 있어서 빛을 이해하기 위해서 두가지가 모두 필요하다.
프리드리히 빌헬름 아르겔란더
아르겔란더는 항성의 위치와 등급을 결정하는데 뛰어났으며, 해당 분야의 근대 천문학의 선구자라 할 수 있다. 또한 아르겔란더는 태양의로 항성의 거리를 측정했으며, 동료들과 함께 새로운 도구들을 체계적으로 사용하여 항성 목록 작성과 변광성 연구에 훌륭한 업적을 남겼다. 아르겔란더는 변광성을 주의 깊게 연구한 최초의 천문학자로, 한 줌도 채 알려지지 않았던 변광성을 분류하는 근대적 체계를 확립한 것은 아르겔란더의 공이다.
상대성이론
상대성이론(相對性理論, , ) 또는 상대론(, , )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.
볼프강 파울리
볼프강 에른스트 파울리는 1900년 4월 25일 빈에서 명망있는 유대인 집안의 화학자 볼프강 조셉 파울리(Wolfgang Joseph Pauli, 1869–1955)와 베르타 카밀라 슈츠 사이에서 태어났다. 그는 1918년 빈의 되블링어 김나지움()을 졸업하고 불과 두 달 후에 상대성 이론에 관한 그의 첫 번째 논문을 발표하였다.
베르너 하이젠베르크
베르너 카를 하이젠베르크( , 1901년 12월 5일~1976년 2월 1일)는 독일의 물리학자이다. 불확정성 원리로 유명하며, 행렬역학과 불확정성 원리를 발견하여 20세기 초 양자역학의 발전에 절대적인 공헌을 했다. 그는 1932년에 "양자역학을 창시한" 공로로 노벨 물리학상을 수상했다. 하이젠베르크는 막스 보른과 파스쿠알 요르단과 함께 양자역학의 행렬적 형식을 1925년 발표했다. 1927년에 하이젠베르크는 그의 가장 유명한 과학적 업적인 불확정성 원리를 출판했다. 또한, 그는 난류의 유체역학, 원자핵, 강자성, 우주선, 소립자의 연구에 지대한 공헌을 했다.
알프레드 부헤러
알프레드 하인리히 부헤러 (, 1863년7월9일 쾰른 출생- 1927년4월16일 본에서 사망)는 독일의 물리학자로 상대론적 질량에 관한 실험으로 알려져 있다. 또한 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 대하여 "상대성 이론"이라는 문구를 최초로 사용하였다.
로렌즈 방정식
1963년 미국의 기상학자인 에드워드 노턴 로렌즈가 〈결정론적 비주기 흐름〉()이라는 논문에서 이 방정식을 발표하였다. 로렌즈 방정식의 유도는 프랑스 물리학자 앙리 베나르(Henri Bénard) (1874–1939)와 영국 물리학자 존 윌리엄 스트럿 레일리(1842–1919)의 이론들이 기초가 된다. 이 방정식의 초기 조건에 대한 민감성의 발견은 혼돈 이론의 시초로 여겨진다.
국제 관계
니콜라스 오누프 (Nicholas Onuf)는 국제관계의 사회적 구성을 강조하는 이론을 설명하기 위해 “구성주의”라는 용어를 만들었다. 현대 구성주의 이론은 Onuf뿐만 아니라 Richard K. Ashley, Friedrich Kratochwil, John Ruggie, Christian Reus-Smit의 선구적인 연구에 뿌리를 두고 있다. 그럼에도 불구하고 국제 관계론에서 사회 구성주의의 가장 유명한 옹호자는 알렉산더 웬트 (Alexander Wendt)이다. 웬트 (Wendt)가 1992년 국제 기구(International Organization)에 발표한 기사인 "무정부 상태는 국가가 만드는 것이다: 권력정치의 사회적 구성"은 그가 신사실주의와 신자유주의적 제도주의자들에게서 공통적으로 나타난다고 생각했던 논리적 결함, 이른바 유물론의 원형에 대한 몰입, 에 도전하는 이론적 토대가 되었다.
과학사회학
과학지식은 인류 공동의 재산이기 때문에 어느 누구도 배타적 소유권을 주장할 수 없다. 심지어 법칙이나 이론을 처음으로 발견하거나 정립한 과학자들조차 지식을 사용하는데 있어서 특권을 가지지 못한다. 연구자들이 과학지식에 대해 주장할 수 있는 것이라고는 자신이 최초로 법칙이나 이론을 발견했다는 명예와 함께 학계와 일반인들로부터 받는 존경에 불과하다. 예를 들어 아인슈타인은 상대성이론의 제창자라는 명예와 존경을 누릴 수는 있어도 이론이 자신만의 것이라고 주장할 수도, 자식에게 상속할 수도 없었다. 공유주의는 학자들 간의 교류를 활성화함으로써 현대과학에 발전을 주었다고 평가된다.
물리학
20세기 초, 물리학은 새로운 패러다임의 변화를 겪게 되었다. 한 편에서는 알베르트 아인슈타인이 상대성 이론을 발표하여 고전 물리학에서 불변량으로 다루어져왔던 시간과 공간은 더이상 독립적인 불변량으로 다루어지지 않고 시공간의 개념으로서 다루어지게 되었다. 다른 한 편에서는 흑체복사의 연구에서부터 시작된 양자역학의 출현으로 우주를 이루는 물질의 상태에 대한 일반적 설명에 근본적인 변화가 불가피하게 되었다.
일반 상대성이론
일반 상대성이론(一般相對性理論, , ) 또는 일반상대론(一般相對論, )은 알베르트 아인슈타인이 1915년에 발표한, 중력을 상대론적으로 다루는 물리 이론이다. 현재까지 알려진, 중력을 다루는 이론 가운데 가장 정확하게 실험적으로 검증되었다.
구스타프 헤르글로츠
구스타프 페르디난트 마리아 헤르글로츠(, 1881~1953)는 보헤미아 태생의 수학자이다. 상대성 이론과 지진학에 공헌하였다.
특수상대론의 역사
로런츠와 라모어 이외에 다른 물리학자들도 전기동역학의 일관된 모델을 개발하고자 노력하였다. 예를 들어, 에밀 콘은 에테르의 존재를 부정하고, 에른스트 마흐가 했던 것 처럼 고정 항성을 기준 관성게로 삼는 전기동역학을 만들었다. 그러나 그의 이론에는, 서로 다른 방향에 대한 빛의 속도가 서로 달라지는 것과 같은 모순이 존재했기에, 그이 이론은 로런츠와 아인슈타인의 이론으로 대체되었다.
아서 스탠리 에딩턴
영국 천문학에서 가장 영향력 있었던 프랭크 왓슨 다이슨(Frank Watson Dyson, 1868-1939)이라는 천문학자는 일반 상대성 이론의 전문가는 아니었지만 에딩턴에게 상대론에 관한 많은 지식을 얻을 수 있었다. 다이슨은 에딩턴에게 1919년에 있을 일식을 관찰하기 위해 두 탐험대를 파견할 것을 제안했다. 그들은 태양의 중력장에 의해 빛이 휘는 정도를 측정하여 아인슈타인의 이론을 실험적으로 검증하고자 한 것이다.
이중 슬릿 실험
아인슈타인의 상대성이론이 발표되고 난 후 1927년 클린턴 데이비슨과 레스터 저머가 전자를 대상으로 이중 슬릿 실험을 하여 입자성과 파동성이 동시에 나타날 수 있다는 것을 증명하였다. 이 실험 결과는 당시 입자와 파동을 서로 반대의 성질로 규정하며 양립할 수 없는 것으로 여겼던 물리학적 상식을 흔들어 놓았다. 이것을 설명할 수 있는 새로운 관념과 물리학적 해석이 불가피하였고 그것이 양자론의 탄생으로 결실을 맺는다. 이 역사적 사실들을 통해 이중 슬릿 실험이 갖는 중요한 과학적 의미를 확인할 수 있다.
자기
패러데이의 자기와 전기현상에 대한 발견 이후, 스코틀랜드 과학자인 제임스 클러크 맥스웰은 이때까지 관측된 자기현상과 전기현상을 바탕으로 전자기학 이론 을 도입하였다. 전자기학 이론은 물리학에서 위대한 이론 중의 하나로 평가되고 있는데, 왜냐하면 자기와 전기 현상에 대한 이론을 통합했으며 나아가 빛이 전기장과 자기장 진동의 형태로 진행한다는 성질을 설명하기 때문이다. 더욱이 전자기학 이론은 빛이 관성계에 관계없이 일정한 속도로 진행한다는 것을 설명했고, 이는 알베르트 아인슈타인의 특수 상대성 이론으로 이어진다.
특수 상대성이론
알베르트 아인슈타인은 1905년 논문 〈움직이는 물체의 전기역학에 대하여〉() 에서 로런츠 변환 및 관련된 공식들이 시공간의 근본적인 성질임을 두 개의 기본 가정 아래 증명하였다. 같은 해에 아인슈타인은 질량-에너지 등가성에 대한 논문 〈물체의 관성이 그 에너지 함량에 관계있는가?〉 를 발표하였다. 이 두 논문은 오늘날 특수 상대성 이론의 시초로 평가된다.
상대성이론
일반 상대성 이론은 1915년에 아인슈타인이 발표하였다. (프로이센 과학 아카데미에서 1915년 11월 25일에 제출) 일반 상대성이론은 특수 상대성이론의 확장판이라 하면 이해하기 쉬울 것이다. 이 이론은 뉴턴의 고전 물리학에 결정타를 날림으로서 새로운 물리학적 이론의 길을 열었다는 점에서 의의가 있다고 할 수 있다.
특수상대론의 역사
발터 카우프만(1905,1906) 이 아마도 아인슈타인의 업적을 언급한 첫 번째 물리학자일 것이다. 그는 로런츠와 아인슈타인의 이론을 비교하였고, 비록 아인슈타인의 방법론을 더 선호하긴 했지만 두 이론이 실측적으로는 동등하다고 주장하였다. 그럼으로써 그는 상대성 원리를 "로런츠-아인슈타인"의 기본 가정이라 얘기하였다. 곧, 막스 플랑크(1906a) 는 처음으로 이 이론을 공개적으로 변호하였고 그의 학생이었던 막스 폰 라우에와 Kurd von Mosengeil 를 이 이론으로 끌어드렸다. 그는 아인슈타인의 이론을 로런츠 이론의 일반화로 묘사하였고 이 "로런츠-아인슈타인 이론"에 "상대적 이론"이라는 이름을 붙였으나, 곧 Alfred Bucherer 가 플랑크의 표현을 "상대성 이론"으로 바꾸었다. 반면 아인슈타인 본인과 많은 학자들은 이 새로운 방법론을 단순히 "상대성 원리"라 부르기를 더 선호하였다. 1908년에 작성한 상대성원리에 대한 중요한 소개글에서, 아인슈타인은 특수상대성이론을 "로런츠 이론과 상대성 원리의 결합"으로 묘사하였다.
특수상대론의 역사
1907년에 민코프스키는 상대성 원리를 정립한 네 명의 선구자로 헨드릭 안톤 로런츠, 알베르트 아인슈타인, 앙리 푸앵카레, 막스 플랑크를 언급하였다. 민코프스키는 아인슈타인의 이론을 로런츠 이론의 일반화로 여겼고 아인슈타인에게 시간의 상대성을 완벽하게 밝힌 공로를 돌렸지만, 그의 이전의 연구자들이 시간의 상대성을 완전히 기술하지 못한 점은 비판하였다. 그러나 현대의 과학사학자들은 민코프스키의 우선권 주장이 타당하지 않다고 여기는데, 이는 민코프스키가 전자기학적 세계관을 고수했었고 로런츠의 전자 이론과 아인슈타인의 운동학 사이의 차이점을 완전히 이해하지 못했던 것이 명백하기 때문이다. 1908년 에 아인슈타인과 라우브(Laub)는 민코프스키의 사차원 벡터 전기동역학을 너무 복잡하다는 이유로 거부하고, 좀더 기초적이고, 사차원 벡터를 사용하지 않는 방법으로 운동체 방정식을 유도하였다. 하지만 a) 특수 상대성 이론이 완전하고 일관된 이론이라는 것과 b) 상대론의 더 심화된 발전에 기초를 제공한 것은 민코프스키의 방법론이었다. 아인슈타인은 1912년에 민코프스키의 시공간 개념의 유용성을 인정하고, 일반 상대성 이론을 정립하는데 있어 이를 사용하였다.
특수상대론의 역사
결국 1911년 경에는 대부분의 수학자들과 이론물리학자들이 특수상대론의 결과를 수용하게 되었다. 예를 들어 1909년에 플랑크는 이미 상대성 원리의 함의들을 코페르니쿠스 학설과 비교하기도 하였다. 로런츠의 동역학적 접근과 아인슈타인의 운동학적 접근의 차이가 지적되었고, "로런츠-아인슈타인 이론" 이라는 용어는 더이상 쓰이지 않게 되었다. 로런츠, 푸앵카레, 아브라함, 랑주뱅과 같은 소수의 이론물리학자들만 에테르의 존재를 끝까지 믿었다. 1910-1913년 경에 행해진 민코프스키의 시공간 구성은 특수상대론이 수용되는 데 있어서 중요한 역할을 했었다. 1912년에는 빌헬름 빈은 로런츠와 아인슈타인 둘 모두를 노벨물리학상 후보로 추천했다.(비록 상대론은 노벨물리학상을 한번도 타지 못하였다.) 일반상대성 이론을 완성한 1915년 이후에야 아인슈타인은 일반 상대론과 특수 상대론을 구분하기 위해 "특수 상대성 이론"이라는 용어를 처음으로 사용하였다.
베른하르트 리만
게오르크 프리드리히 베른하르트 리만(, 1826년 9월 17일~1866년 7월 20일)은 독일의 수학자이다. 해석학, 미분기하학에 혁신적인 업적을 남겼으며, 리만 기하학은 일반 상대성 이론의 기술에 사용되고 있다. 그의 이름은 리만 적분, 코시-리만 방정식, 리만 제타 함수, 리만 다양체 등의 수학 용어에 남아 있다. 그는 리만 가설을 최초로 고안한 수학자로도 유명하다.
크리스티안 도플러
크리스티안 요한 도플러(Christian Johann Doppler, 1803년 11월 29일 ~ 1853년 3월 17일)는 오스트리아의 물리학자이다. 잘츠부르크에서 출생하여 잘츠부르크 및 빈 대학에서 공부한 후, 1841년 프라하 국립 공업대학 교수가 되었다. 1842년 '도플러 효과'를 발견하고, 이를 그의 저서 에 발표하였다. 수차·항성·색채론에 관한 연구 및 망원경·광학적 거리계의 개량 등에 업적이 크다.
루트비히 볼츠만
루트비히 에두아르트 볼츠만(, 1844년 2월 20일 - 1906년 9월 5일)은 통계역학과 통계열역학으로 유명한 오스트리아 출신의 물리학자이다. 그는 과학적 모델에 대해 대단히 논쟁이 심할 시기에 원자론을 주창한 가장 중요한 사람 중에 한 명이다.
역학 (물리학)
고전 역학은 원자보다 크고 빛의 속력보다 매우 느린 물체의 운동에 대해서는 정확히 예측할 수 있으나, 빛이 속력과 가까운 물체의 운동에 대해서는 통용되지 않는다. 예를 들어 수백만 볼트의 전위차에 의해 생성된 전자기장에 놓인 전자의 운동은 고전 역학이 예측하는 바와 같이 무한정 힘에 비례하여 속력이 커지지는 않는다. 고전 역학의 운동 이론을 적용하면 전자의 운동 에너지가 네 배가 될 때 전자의 속력은 빛의 속력의 1.98 배에 이르러야 하나 실제로는 0.99 배로서 여전히 빛의 속력보다 작다. 알베르트 아인슈타인은 상대성 이론을 수립하여 시공간 자체가 절대적이지 않다는 설명으로 이러한 모순을 해결하였다. 이로써 현대 물리학은 formula_1 에서 formula_2(c는 빛의 속력)에 이르는 모든 속력 범위에 대한 물체의 운동을 예측할 수 있게 되었다. 상대성 이론의 수리 모형은 물체의 속력이 느린 경우에 뉴턴 역학의 식으로 환원된다. 즉, 뉴턴 역학은 상대성 이론의 특수한 경우라고 설명될 수 있다.
한스 크리스티안 외르스테드
한스 크리스티안 외르스테드(: 1777년 8월 14일 – 1851년 3월 9일)는 덴마크의 물리학자이자 화학자이다. 그는 19세기 후반에 후기 칸트 철학을 완성하였고 과학에 있어서도 큰 발전을 이루었다. 외르스테드는 전자기학 부분에서 전기와 자기의 관계에 대해 발견한 것으로 잘 알려져 있는데, 그뿐만 아니라 과학 실험에 대해 명쾌하게 설명하고 이름 붙인 최초의 사람이기도 하다.
빛의 속력
맥스웰 방정식은 갈릴레이-뉴턴의 상대성원리를 만족하지 않았고 이는 물리학의 난제였다. 이 모순을 해결하기 위해 노력하던 중, 1905년 아인슈타인은 맥스웰의 전자기학 이론과 에테르에 대한 증거 부족에 동기부여를 받아 특수 상대성 이론을 정립했다. 특수상대성 이론은 불명확했던 전자기 이론들을 명확하게 하였다.
비유클리드 기하학
“나는 기하학의 이러한 해석이 대단히 중요하다고 생각한다. 만일 내가 그 기하학을 몰랐다면 나는 결코 상대성 이론을 만들어 낼 수 없었을 것이다.” – 알베르트 아인슈타인
리정다오
리정다오(, , 1926년 11월 24일 ~ )는 중국 태생의 미국 물리학자이다. 약한 상호작용이 반전성을 위반한다는 사실을 제안하였고, 이 공로로 양전닝과 노벨 물리학상을 수상하였다. 이 말고도 리 모형(Lee model), 상대론적 중이온 물리학, 솔리톤 이론에 대해서도 연구하였다.
니콜라우스 쿠자누스
니콜라우스 쿠자누스(Nicolaus Cusanus, 1401년~1464년)는 독일의 철학자·신학자, 법학자, 그리고 천문학자이다. 근세철학의 선구적 사상가이며 성직자로서 교회개혁에 진력하였다. 그는 신비적인 신플라톤 학파의 영향을 받아 중세의 아리스토텔레스적 스콜라 철학에 대해서는 비판적이어서 '대립물(對立物)의 일치'를 역설하였다. 예를 들면 원의 직경을 무한히 연장시키면 직선이 되어 원과 직선이라고 하는 대립물이 일치하는 바와 같이, 무한자로서의 신에게서는 모든 모순이 통일된다고 하였다. 유한한 인간이 이와 같은 일치를 알지 못하는 것을 학문에 의하여 자각하는 것이야말로 '학문 있는 무지(無知의 知)'임에 틀림없는 것이다. 그의 사상은 근세 철학사상의 사람들, 특히 브루노, 라이프니츠 등에게도 영향을 주었다. 종교 개혁가 마르틴 루터에게도 성경 해석학 분야에 영향을 주었다.
찰스 톰슨 리스 윌슨
찰스 톰슨 리스 윌슨(Charles Thomson Rees Wilson, , FRS, 1869년 2월 14일~1959년 11월 15일)은 영국의 실험물리학자이다. 케임브리지 대학 물리학 교수를 지냈으며, 기체 전리에 관한 연구를 한 끝에 1911년 윌슨의 안개 상자를 발명하여 원자핵과 우주선의 발달에 공을 세웠다. 또한, 번개의 전기적 구조에 있어서 '높은 곳은 양, 낮은 곳은 음의 전기를 띠고 있다'는 설을 세웠다. 1927년 아서 콤프턴과 함께 노벨 물리학상을 받았다.
수성
그래서 1859년 프랑스 수학자이자 천문학자인 위르뱅 르베리에는 수성 궤도의 근일점 이동이 수성과 태양 사이 다른 행성의 중력 때문이라고 생각하고, 그 가상의 천체를 불칸이라고 명명했다.
르베리에는 천왕성 궤도의 섭동을 기초로 해왕성의 존재를 성공적으로 예측하였기 때문에, 천문학자들은 그 주장을 따라 새로운 행성을 찾으려고 시도했지만, 상대성 이론이 등장할 때까지 성공한 사람은 없었다.
반물질
특수 상대성 이론과 양자 역학을 접목시킨 폴 디랙의 이론에 따르면, 우주를 이루고 있는 기본 물질인 양성자, 전자와 같은 소립자들은 질량 등 물리적 성질은 동일하지만 자신과는 반대의 전하를 갖는 반(反)입자를 갖는다. 즉 양성자의 전하가 양(＋)인 반면 반입자인 반양성자의 전하는 음(－)이고, 전자의 전하가 음(－)인 반면에 그에 해당하는 반입자인 양전자의 전하는 양(＋)이다. 만약 입자와 반입자 또는 물질과 반물질이 만나게 되면 빛의 형태로 많은 에너지를 내며 둘 다 소멸한다. 역으로 고에너지 입자들이 반응하면서 입자-반입자 쌍이 생성되기도 한다.
알베르트 아인슈타인
이후 특수 상대성이론이 알려짐에 따라 아인슈타인은 유럽에서 점점 이름이 알려지게 되었다. 그는 상대성이론을 비유클리드 기하학을 도입하여 중력을 포함한 이론으로 확장하는 노력을 계속하였다.
특허 사무소를 떠나서 학계로 입성한 그는 스위스에서 그리고 프라하와 독일의 대학교에서 정교수로 있었으며, 1912년 겨울에 모교인 ETH 취리히의 교수로 돌아왔다.
1914년에는 독일의 프로이센 과학 아카데미에 자리를 얻어 베를린에 머무르게 된다. 1914년에 드디어 일반 상대성 이론의 측지선 공식에 대한 최초의 형식화인 '일반 상대성 이론의 형식적 기초' 를 발표하게 되었다. 그는 일련의 시행 착오 끝에 1915년에 발표한 4편의 논문 중 마지막인 '중력의 장방정식' 에서 마침내 일반 상대성 이론의 완결된 장방정식을 최초로 구현해 내었다.
요하네스 케플러
요하네스 케플러(, 1571년 12월 27일 - 1630년 11월 15일)는 독일의 수학자, 천문학자, 점성술사이자 17세기 천문학 혁명의 핵심 인물이었다. 자신의 이름이 붙은 행성운동법칙으로 유명하며, 후대의 천문학자들은 그의 저작 《신천문학》, 《세계의 조화》, 《코페르니쿠스 천문학 개요》를 바탕으로 그 법칙을 성문화하였다. 또한 이 저작들은 아이작 뉴턴이 만유인력의 법칙을 확립하는 데 기초를 제공하였다.
알베르트 아인슈타인
아인슈타인은 광양자설을 통해 양자역학의 초기 기반을 닦는 주요한 기여를 했음에도 불구하고 스스로는 양자역학을 완전한 것으로 인정하지 않았다.
보어와 하이젠베르크 등에 의해 제창된 코펜하겐 해석 역시 받아들이지 않았다. 그는 수 년에 걸친 보어와의 논쟁을 통해 EPR 역설 등의 사고 실험을 제기하며 양자역학의 비결정론을 폐기하려 노력하였으나 이것은 역설적으로 두 석학의 논쟁을 통해 다른 과학자들이 양자역학의 개념적 기반을 공고히 이해하도록 도움을 주는 결과를 낳았다. 말년에는 양자역학과 거리를 두고 홀로 통일장 이론을 연구하였다.
앨버트 에이브러햄 마이컬슨
그러나 이 결과는 어떠한 방향으로든 움직이는 물체에서 관측한 광속도는 언제나 일정하다는 광속 불변의 법칙의 발견으로 이어져, 후에 알베르트 아인슈타인의 특수상대성이론의 기반이 된다.(그러나 아인슈타인의 편지에 따르면 이론을 전개하는데 별다른 영향을 끼치지 못했다고 한다.). 그러한 이유로 교과서의 특수상대성이론 설명에 언제나 제일 먼저 등장하는 것이 마이컬슨과 몰리의 실험이다.
수정 뉴턴 역학
수정 뉴턴 역학이 뉴턴 역학의 근사가 적용되는 구간에서 올바르다면, 상대성이론이 적용되는 속도가 빠른 상황에 맞는 일반화가 있어야 한다.(상대성이론은 은하적 거리 이내에서 매우 정확한것이 실험결과 밝혀진 이론이므로) 이스라엘의 물리학자 제이콥 베켄슈타인은 텐서-벡터-스칼라 중력을 발표하여 수정 뉴턴 역학을 일반화시켰다.
특수상대론의 역사
결국 푸앵카레는 (아인슈타인과는 독립적으로) 그의 6월 논문을 상당히 확장하였다. 그는 이러한 변환들이 최소 작용의 원리에서 도출됨을 보였고 푸앵카레 응력의 몇 가지 성질들을 밝혔다. 더 나아가 로런츠 변환의 군론적 성질들을 더욱 자세히 증명하여 로런츠 군이라는 용어를 만들었으며, formula_21 라는 값이 로런츠 변환에 대해 불변임을 보였다. 중력 이론을 개발하는 과정에서, 로런츠 변환이 단지 사차원 공간에서의 회전에 불과하다는 것을 보였으며, 사차원 벡터를 사용하였다. 그는 Paul Ulrich Villard의 1904년 자기-음극선의 발견이 로런츠의 이론을 위협하는것 처럼 보인다고 기술하였지만, 이 문제는 곧 해결되었다. 푸앵카레는 그의 철학 논고에선 절대 공간과 절대 시간의 개념을 부정하였지만, 물리 논문에선 에테르의 개념을 계속 사용하였다. 대부분의 과학사학자들은 비록 푸앵카레가 아인슈타인의 기술과 용어들의 상당한 선구자지만, 특수 상대론의 발명자는 아니라고 주장한다.
일반상대론 개론
1905년 9월, 알베르트 아인슈타인은 뉴턴의 운동법칙과 동전기학을 결합시킨 특수상대론을 발표한다. 특수상대론은 시간과 공간에 대한 새로운 개념을 제시하여 모든 물리학에 적용될 수 있는 새로운 골조를 제시했으나, 그 골조와 일치하지 않는 물리 이론들도 있었는데, 그 중 대표적인 것이 중력을 질량 자체로 인한 물체간의 상호인력으로 설명하는 뉴턴의 만유인력 법칙이다.
현대물리학
아인슈타인은 1907년부터 등속도 운동만이 아니라 가속도 운동에도 적용될 수 있도록 특수 상대성 이론을 확장하는 연구를 시작하였다. 수년 간 끈질기게 연구하고 친구이자 수학자인 그로스만과의 협동 연구를 통해 마침내 1916년에 완전한 중력장 방정식을 발표하게 되었다. 우주 공간은 더 이상 유클리드 기하학에 의해 표현되지 않고 비유클리드 기하학에 의해 굽어진 공간으로 표현되었다. 일반 상대성 이론 논문에서 아인슈타인은 자신의 이론을 검증할 아래의 세 가지 증거를 제시하였다.아인슈타인은 첫째 증거와 관련하여 19세기에 이미 관측된 결과와 자신의 이론이 일치한다고 주장하였다. 둘째, 셋째 증거는 당시까지 관측된 바가 없었다.
로버트 헨리 딕
그는 등가 원리를 이용한 일반 상대성 이론의 정확한 측정 프로그램의 개발에 그의 남은 경력을 보냈다. 칼 브랜스()와 함께 그는 중력의 브랜스-딕 이론, 폴 디랙의 큰 수 가설과 마흐의 원리에 의해 영감을 얻은 일반 상대성 이론의 등가 원리의 깨짐을 발전시켰다. 하이라이트는 Roll과 Krotkov와 Dicke에 의한 등가 원리의 고전적인 측정이었고, 이 실험에서 이전의 작업들 보다 100배나 더 정확한 측정치를 얻었다. 디키는 또한 일반 상대성 이론의 고전적 시험 가운데 하나인, 수성의 근일점을 이해하는 데 유용한 태양 편평도를 측정하였다. 폴 디랙은 중력 상수가 우주의 거꾸로 나이와 부정확하게 일치하며, 중력 상수는 지금의 평형을 유지하기 위해 바뀌어야만 한다고 추측했다. 딕은 디랙의 관계가 선택 효과일 수 있다는 것을 깨달았다. 평형이 깨어졌을 다른 어떠한 시대에는 그 모순을 알아차릴 수 있는 지적인 생명채가 없을 것이다. 이것은 소위 약한 인간 중심 원리의 첫 번째 현대적 적용이다.
에두아르 헤르젠
1924년 그는 헨드릭 로런츠와 함께 에너지와 질량의 보고서를 출판하였다. 같은해, 그는 그의 유명한 저서인 아인슈타인의 상대성이론을 출판하였다.
특수상대론의 역사
1908년에 아인슈타인은 특수 상대성 이론의 틀 안에서, 가속되고 있는 기준계까지 상대성 원리로 기술하고자 시도하였다. 그는 물체가 가속되고 있더라도 각각에 순간에서 그 물체가 마치 정지해있는 것처럼 되는 관성기준계를 정의할 수 있음을 밝혔다. 그런식으로 정의된 가속기준틀에 대해, 동시성을 정의하기 위해 광속도 불변의 법칙을 사용하는 것은 작은 국소지역에만 한정된다. 그러나 아인슈타인이 사용했던, 관성기준계에서 관성질량과 중력질량의 동등성과, 가속기준계와 균일한 중력장의 동등성을 말하는 동등성 원리는, 특수상대론의 한계를 초월하고 일반상대론의 정립으로 이어졌다.
군나르 노르드스트룀
군나르 노르드스트룀(, 1881–1923)은 핀란드의 이론물리학자다. 최초의 상대론적인 중력 이론을 발표하였고, 또한 칼루차-클레인 이론을 제창한 학자 가운데 하나이다. 또한, 일반 상대성 이론의 라이스너-노르드스트룀 계량을 발견하였다.
헤라르뒤스 엇호프트
헤라르뒤스 엇호프트(, 1946년 7월 5일 ~ ) 또는 헤라르트 엇호프트(, )는 네덜란드 위트레흐트 대학교의 이론물리학자이다. 그는 양자역학에서 전자기약력에 대한 공로로 1999년 그의 지도교수였던 마르티뉘스 펠트만과 함께 노벨 물리학상을 수상하였다. 소행성 9491 엇호프트는 그의 이름을 따서 명명되었다.
불확정성 원리
후에 하이젠베르크는 자신이 불확정성 원리를 창안할 수 있었던 것은 알베르트 아인슈타인의 영향을 받았기 때문이라고 회고했다. 아인슈타인은 "관찰이란 현상과 그것에 관련된 자연법칙을 알고 있을 때만 의미가 있으며, 관찰할 수 있는 것이 무엇인지를 결정해주는 것이 이론이다."라고 말했는데, 하이젠베르크는 이러한 관점하에 새로운 현상에 대한 연구를 수행한 결과 불확정성 원리에 대한 기본적인 착상을 할 수 있었다고 한다. (아이러니하게도 그러한 계기를 제공한 아인슈타인은 양자역학의 불확정성, 비결정론적인 특성을 매우 못마땅하게 생각했다.) 불확정성 원리에 대한 수학적인 논증을 완성한 하이젠베르크는 이후 사고 실험을 통하여 빛과 물질의 파동, 입자의 이중성이 불확정성으로 연결된다는 것을 입증하려고 했다.
테오필 드 동데르
그는 1911년부터 1942년까지 브뤼셀 자유대학의 교수였다. 그는 앙리 푸앵카레와 엘리 카르탕과 함께 일했었다. 1914년, 그는 알버트 아인슈타인의 영향을 받아 상대성이론의 열정적인 지지자가 되었다. 그는 1923년 화학 친화력으로 상당한 명성을 얻었다. 화학 친화력과 깁스의 자유에너지의 연관성을 찾아내었다.
양자역학
양자역학을 개발한 이들 중 한 명인 아인슈타인은 이 이론의 무작위성을 좋아하지 않았고, 양자역학의 현상인 도깨비 원격현상등을 강력히 부정하면서 "신은 주사위놀이를 하지 않는다"라고 말했다. 그는 양자역학의 근본에는 보다 깊은 국소적 숨은 변수 이론이 있을 거라고 주장했다. 아인슈타인은 양자역학에 대해 여러 가지 반박을 제시했는데, 그중 가장 유명한 것은 EPR 역설이라 불린다. 벨은 EPR 역설을 이용해, 조건법적 명확성()을 가정한 경우 양자역학과 국소적 이론 사이에 실험적으로 확인 가능한 차이가 있음을 증명했다. 실험을 통해서, 실제 세계는 조건법적으로 명확하지 않거나 비국소적이라는 것이 증명되었다.
로런츠 인자
로런츠 인자(Lorentz因子, )는 특수 상대성이론의 여러 공식에 등장하는 인자다. 예를 들면, 시간 지연, 길이 수축과 상대론적 질량의 공식 따위에 등장한다. 기호는 그리스 문자 감마(γ). 대략, 입자의 속력이 얼마나 상대론적인지를 나타내는데, formula_1이면 비상대론적인 속력, formula_2이면 상대론적인 속력이다. 로런츠 인자는 초기에 로런츠의 전기역학에 나타나면서, 네덜란드 물리학자 헨드릭 로런츠의 이름을 따라서 불리게 되었다.
질량
17세기 네덜란드의 물리학자 하위헌스는 물질의 동역학적인 측면에 있어서 폭넓은 탐구를 했다. 그는 지금까지 정성적으로만 논의되었던 원심력에 대해서 처음으로 정량적인 논의를 제시했다. 또한, 그는 충돌현상에 대해서도 체계적으로 탐구하여 데카르트의 충돌이론을 반박하고 후에 뉴턴역학과도 일치하는 두 물체의 충돌시의 속도와 질량과의 관계를 정량적으로 얻어냈다. 하위헌스의 이러한 일련의 연구들은 관성질량 개념의 성립에 있어서 중요한 기여를 했다.
그는 그의 저서 ("De vi cetnrifuga")에서 원운동을 하는 물체에 작용하는 힘과 물체의 변하지 않는 양(solid quantities)사이의 관계를 제시했다.
결정론
아리스토텔레스의 자연철학은 16세기에 접어들면서 코페르니쿠스, 케플러, 갈릴레오 갈릴레이 등의 학자들에 의해 의문이 제기되기 시작하였으며, 17세기 영국의 아이작 뉴턴의 등장으로 인해 큰 변화가 나타났다. 뉴턴은 그의 저서 《자연철학의 수학적 원리》를 통해 새로운 세계관을 제시하였는데, '관성'과 '보편중력'의 개념을 통해 우주의 모든 물체 사이의 상호인력을 설명하였다. 이는 기존의 아리스토텔레스의 세계관이 천상계와 지상계를 구분하던 것을 불필요하게 만들었으며, 그로 인해 자연과 우주를 바라보는 인식에 커다란 변화가 나타났다.
하인리히 렌츠
하인리히 프리드리히 에밀 렌츠(Эмилий Христианович Ленц, 1804년 2월 12일 ~ 1865년 2월 10일)는 발트 독일계 러시아 물리학자이다. 1833년 고안한 렌츠의 법칙으로 가장 잘 알려져 있다. 유도계수를 나타내는 기호 L은 렌츠의 이니셜을 딴 것이다.
현대물리학
원래 무명이었던 알베르트 아인슈타인과 크게 주목 받지 못하던 그의 특수 상대성 이론에 관심을 가진 사람은 당시 독일의 특허 사무국에서 근무하던 과학자 플랑크였다. 플랑크가 이러한 행보를 보인 것은 물리학 이론의 보편성과 단순성을 굳게 믿고 있었기 때문이다. 그는 자신의 제자들에게 상대성 이론에 대한 연구를 하도록 지도했으며 플랑크 자신도 이 주제를 심도 깊게 연구하였다. 이러한 적극적인 노력에 힘입어 독일의 다른 물리학자들과 수학자들도 특수 상대성 이론에 관심을 가지게 되었다.
특수상대론의 역사
위에서 설명하였듯이, 1895년에 로런츠는 이미 프레넬의 항력 계수를 v/c 의 일차항까지 유도하는데 성공하였으며, 전자기 이론과 지역 시간의 개념을 이용해 피조의 실험을 설명했었다. 움직이는 물체의 상대론적 광학을 만들고자 하였던 야코프 라우브(Jakob Laub)의 1907년 첫 시도 이후로, 상대론적 속도 덧셈을 응용해 항력 계수를 모든 차수에 대해 유도한 것은 막스 폰 라우에가 처음이었다. 라우에의 계산은 로런츠의 복잡한 방법보다 훨씬 간단했다.
미적분학
라이프니츠가 그의 결과를 발표하고 뉴턴이 그의 아이디어에 대해서 권리를 주장하자 수학자들 사이에서는 어떤 사람을 미적분학의 발명가로 인정을 해야 하느냐는 주제로 큰 논란이 일었다. 뉴턴이 최초로 결과를 이끌어 낸 사람이지만 출판을 한 것은 라이프니츠가 처음이었기 때문이다. 뉴턴은 라이프니츠가 자신이 출판하지 않고 왕립학회에서 공유한 노트들에서 아이디어를 훔쳤다고 주장했다. 이 논란 때문에 영국 수학자들과 유럽 대륙의 수학자들이 오랫동안 갈라지게 되고 이는 영국 수학에 큰 손실을 초래했다. 현재는 뉴턴과 라이프니츠의 논문에 대한 면밀한 조사 덕분에 그들이 독립적으로 결론을 이끌어 냈다는 것이 밝혀졌다. 라이프니츠는 적분에서부터 뉴턴은 미분에서부터 시작해서 결과를 도출해냈다.
체렌코프 효과
체렌코프 효과의 이름은 발견자인 소비에트 연방의 물리학자 파벨 알렉세예비치 체렌코프의 이름을 따서 붙여졌다. 체렌코프는 이 효과를 1934년 처음으로 발견하고 이 공로로 1958년 노벨 물리학상을 수여받았다. 이 효과에 대한 이론은 후에 이고르 탐과 일리야 프란크가 아인슈타인의 특수 상대성 이론을 기반으로 하여 발전시켰다. 그들 또한 체렌코프와 함께 노벨상을 수상했다.
다세계 해석
다세계 해석은 양자역학의 토대가 확립되고 나서 30년 가량이 지난 1954년 휴 에버렛 3세가 창안하였다. 1957년 프리스턴 수학과 학생이었던 에버렛은 박사 논문 주제로 이 해석을 도입하였다. 1955년 에버렛은 프리스턴 대학교 명예 교수로 있던 물리학자 존 휠러를 자신의 박사 과정 지도 교수로 바꾼 뒤 세계의 파동 함수 이론이란 주제로 자신의 졸업 논문을 쓰기 시작한다. 1956년 1월에 그는 다세계 해석으로부터 유도된 수학적 결과를 정리하여 휠러에게 제출했다. 휠러는 에버렛의 논문을 매우 좋게 평가하여, 그 해 5월에 에버렛의 아이디어에 대한 호의적인 반응을 기대하고 코펜하겐에 있는 닐스 보어를 방문하였으나 결과는 좋지 않았다. 이에 존 휠러는 에버렛이 박사 학위 논문을 수정하기를 권고했다. 1957년 3월 에버렛은 이전의 논문을 수정한 박사 학위 논문을 제출하여 4월에 심사를 통과했고, 이 논문은 그해 7월 《현대 물리학 리뷰》()라는 학술지에 〈양자역학의 상대 상태 공식화〉란 제목으로 게재되었다 (원래 휴 에버렛이 양자 얽힘을 설명하기 위해 연관적 해석으로 제목을 지었으나 휠러는 상대 상태로 제목을 고치도록 하였다). 그러나 당시 에버렛의 논문은 커다란 호응을 얻지 못했다.
특수상대론의 역사
광속도 불변의 법칙을 사용하지 않고 로런츠 변환을 유도하려는 여러 시도들이 있었다. 예를 들어 Vladimir Ignatowski(1910) 는 a) 상대성 원리, b ) 공간의 균일성과 등방성, c) the requirement of reciprocity 를 이용해 로런츠 변환을 유도하였다. 그러나 Philipp Frank 과 Hermann Rothe 은 1911년에 Ignatowski 의 유도는 불완전하며 추가적인 가정을 필요로 한다고 주장하였다. 그들은 a) 로런츠 변환이 균일한 선형군을 이룬다는것, b) 기준계를 바꿀때, 상대 속력의 부호만 바뀐다는 것 c) 길이 수축은 오직 상대 속력에 의해서만 결정된다는 것 에 기반을 둔 계산을 직접 수행하였다. 그러나, 파울리와 밀러는 이러한 모델에선, 변환공식에서 불변되는 속력이 바로 빛의 속력이라는 것을 알아낼 수 없다는 것을 지적하였다. - 예를 들어, Ignatowski 는 빛의 속력을 설명하기 위해서 전기동역학에 의지해야만 했다. 때문에 파울리를 미롯한 여러 물리학자들은 로런츠 변환을 유도하는데 있어 두 가정이 모두 필요하다고 주장하였다. 그렇긴 하지만 오늘날에도 어떤 사람들은 광속도 불변의 법칙 없이 특수상대론을 유도하고자 시도하고 있다.
원자론
과학 분야에서 원자론을 최초로 제기한 이는 18~19 세기의 영국의 화학자 존 돌턴으로 알려져 있다. 돌턴의 원자설은 '질량 보존의 법칙', '정비례의 법칙'을 설명하기위해 세워진 돌턴의 학설로서 오늘날의 원자론의 바탕이 된다.
툴리오 레비치비타
1915년~1917년 동안 레비치비타는 알베르트 아인슈타인과 서신을 주고받았으며, 이는 일반 상대성 이론의 개발에 영향을 끼쳤다. (혹자가 아인슈타인에게 “이탈리아에서 어떤 것들을 좋아하십니까?”라고 물었더니, 아인슈타인은 “스파게티와 레비치비타를 좋아합니다.”라고 답했다고 한다.)
2005년 세계 물리의 해
아인슈타인의 서거일에는 아인슈타인의 빛의 릴레이라는 행사가 였렸다. 그가 마지막까지 근무하던 프린스턴 고등 연구소에서 출발한 빛이 릴레이를 통해 전 세계로 퍼져나가 24시간 후에 다시 돌아오는 행사이다. 빛은 현대 물리학이 탄생한 귀중한 역사이다. 아인슈타인의 이론인 상대성 이론과 광양자설도 모두 빛에 관한 것이다.
이와사와 겐키치
이와사와 겐키치(, 1917년 9월 11일 ~ 1998년 10월 26일)는 일본의 수학자다. 대수적 수론에 공헌하였고, 특히 그 한 분야인 이와사와 이론을 창시하였다.
아서 스탠리 에딩턴
제1차 세계대전 당시 에딩턴은 왕립천문학회의 비서관직을 맡고 있었기 때문에 그는 빌럼 더 시터르로부터 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 관련된 일련의 편지들과 논문들을 가장 먼저 받은 사람이었다. 특수 상대성이론이 처음 나왔을 때에도 영국 과학자들은 이에 대해 거의 대부분 적대적이었던 반면, 에딩턴은 국제주의자이자 평화주의자였기 때문에 독일 물리학자가 제창한 논문을 읽어나가는데 거리낌이 없었고, 거기다 그는 일반 상대론이 기술되는데 쓰인 수학들도 이해할 수 있었다. 그는 곧 상대론을 열렬히 지지하게 되었다.
뉴턴 운동 법칙
1916년에 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 인류가 이때까지 해왔던 모든 예상 척도를 뛰어넘는 설명을 가능하게 해주었다. 하지만 빛의 속도에 비해 매우 낮은 속도에서는 아인슈타인의 상대론적 모형은 고전역학으로 수렴한다.
즉, 속도가 빛의 속도에 비해 매우 작으면 속도의 로런츠 인자 formula_12는 1에 수렴한다.
초중력
최초의 일관적인 초중력 이론은 1976년에 미국의 대니얼 프리드먼()과 네덜란드의 페터르 판니우엔하위전(), 이탈리아의 세르조 페라라()가 발견하였다.
양자역학의 역사
1923년, 프랑스의 물리학자 루이 드 브로이는 정적인 입자들은 파동의 성질과 그 반대의 성질보일 수 있음을 통해 물질파 이론을 제창했다. 이 이론은 하나의 입자에 대해서 적용할 수 있었으며, 특수 상대성 이론에서 유도되었다. 드브로이의 접근에 기반한 현대 양자역학은 독일의 물리학자 베르너 하이젠베르크, 막스 보른, 파스쿠알 요르단은  1925년에 행렬역학을 개발하였고, 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거는 파동역학을 발명하였으며, 드브로이의 이론에서 일반적인 경우에 대한 근사로서 비상대론적인 슈뢰딩거 방정식을 발명하였다. 그 뒤 슈뢰딩거는 행렬역학과 파동역학이 동일하다는 것을 보였다.
카를 마르크스
카를 하인리히 마르크스(, ; 1818년 5월 5일~1883년 3월 14일)는 후대에 큰 영향을 끼친 독일 라인란트 출신의 공산주의 혁명가, 역사학자, 경제학자, 철학자, 사회학자, 마르크스주의의 창시자이다. 1847년 공산주의자동맹을 창설했다. 1847년 프리드리히 엥겔스와 공동집필해 이듬해 2월에 발표한 《공산당 선언》과 1867년 초판이 출간된 《자본론》의 저자로써 널리 알려져 있으며, 러시아의 10월 혁명을 주도한 블라디미르 레닌은 마르크스를 이론적 기반으로 삼았다. 맑스, 막스, 칼 마르크스 등으로 표기하기도 하나, 외래어 표기법에 준하는 표기는 “카를 마르크스”이다.
상대론적 전자기학
1953년 Albert Einstein은 Cleveland Physics Societ에서 자기장 속에서 발생하는 기전력이 실은 전기장에 의한 것이라는 사실을 증명하고자 한 것이 특수상대성 이론을 만드는 데 가장 큰 도움을 주었다고 말하였다. 아인슈타인의 이 말은 전기력과 자기력은 상보적인 관계에 있다는 것을 일깨워주고 있다.
특수 상대성이론
특수 상대성 이론은 (뉴턴 역학과 같이) 상대성 원리를 오로지 관성계에 대해서만 적용한다. 즉, 가속계는 관성계와 실험적으로 구별할 수 있다는 것이다. 후에 발견된 일반 상대성 이론은 중력을 고려하면 가속계가 관성계와 동등하다고 주장한다. (정확히 말하면, 가속계와 관성계를 구별할 수 없다.) 그러나 강한 중력장이 없는 경우, 특수 상대성 이론은 물리적 현상을 정확히 기술한다. 다루어지는 속도가 빛의 속도에 비해 훨씬 작은 일상적인 영역에 대해서는 특수 상대성 이론의 예측은 뉴턴 역학의 예측과 일치한다.
비유클리드 기하학
새로운 기하학이 발표된 지 약 60년 뒤, 아인슈타인(Albert Einstein, 1879~1955)은 우주가 평평하지 않고 중력에 의해서 휘어 있음을 보였다. 그리고 일반상대성이론은 공간에 대한 기초 이론을 비유클리드 기하학에서 찾았다. 이처럼 유클리드의 다섯 번째 공리에 관한 의심에서 출발한 비유클리드 기하학은 미시공간과 극대 공간을 해석하는 이론으로 폭넓게 사용되고 있다.
구스타프 헤르츠
구스타프 루트비히 헤르츠(, 1887년 ~ 1975년)는 독일의 원자 물리학자이다. 함부르크에서 출생하여, 할레 대학 교수·지멘스 공업 상회 연구소장을 지냈다. 제임스 프랑크와 함께 프랑크-헤르츠 실험을 진행하여 1925년 노벨 물리학상을 수상하였다. 1932년 방사성 동위 원소의 분리법을 개발하였으며, 미국의 원자력 위원회에서 그의 방법을 이용하여 우라늄 분리 공장을 건설하였다. 1945-1954년에 걸쳐 소련에서 연구한 공로로 스탈린 상을 받았다.
아인슈타인 방정식
아인슈타인 방정식(Einstein方程式, , )은 일반 상대성 이론을 기술하는 열 개의 연립 비선형 편미분방정식이다. 알베르트 아인슈타인과 다비트 힐베르트가 1915년에 도입하였다. 이에 따르면, 시공의 곡률을 나타내는 아인슈타인 텐서는 물질이 발생시키는 에너지-운동량 텐서에 비례한다.
에드워드 노턴 로렌즈
에드워드 노턴 로렌즈(, 1917년 5월 23일~2008년 4월 16일)는 매사추세츠 공과대학의 수학자, 기상학자이다. 혼돈 이론의 선구자로 널리 알려져 있다. 그가 발견한 로렌즈 끌개는 나비 효과라는 신조어가 만들어진 배경이 되었다.
발터 카우프만
발터 카우프만(, 1871년 6월 5일 ~ 1947년 1월 1일)은 독일의 물리학자이다. 질량이 속도에 따라 변한다는 점을 최초로 실험으로 증명하여 유명하다. 이 실험으로 특수 상대성 이론을 포함한 현대물리학의 발전에 기여하였다.
요하네스 슈타르크
요하네스 슈타르크(, 1874년 4월 15일 ~ 1957년 6월 21일)는 독일의 물리학자이다. 원자 물리학의 슈타르크 효과의 발견으로 노벨 물리학상을 수상하였고, 나치 독일에서 인종차별적인 도이치 물리학을 제창하였다.
레옹 발라스
마리 에스프리 레옹 발라스(, 1834년 12월 16일 ~ 1910년 1월 5일), 흔히 레옹 발라스()는 전 프랑스 출신의 수리경제학자이다. 한계효용 이론을 창시했으며, 일반균형 이론의 발달을 이끌었다. 오스트리아 출신의 경제학자 조지프 슘페터는 발라스를 모든 경제학자 중에서 가장 위대한 경제학자라고 평했다.
제임스 클러크 맥스웰
이 방정식 속에 구현된 맥스웰의 장이론은 19세기 전자기 이론을 마무리지었고, 이 이론은 20세기까지 영향력을 발휘하였다. 아인슈타인은 맥스웰 방정식에서 공간과 시간의 개념을 과감하게 혁신할 실마리를 찾았고, 그 다음에 맥스웰의 전자기장 이론을 따라 자신의 일반 상대성 이론을 만들었다. 현대에 와서는 양자장론이 입자 물리학의 기둥이 되었다.
갈릴레이 군
갈릴레이 변환의 개념은 이탈리아의 물리학자 갈릴레오 갈릴레이가 《새로운 두 과학》에서 최초로 기술하였다. 특수 상대성 이론 이전에는 역학의 기본적인 원리로 당연히 여기다가, 이를 대체하는 푸앵카레 변환이 제시되자 이와 구별하기 위해 "갈릴레이 변환"이라고 부르기 시작했다.
볼프강 파울리
볼프강 에른스트 파울리 (, 1900년 4월 25일 ~ 1958년 12월 15일) 는 오스트리아의 이론물리학자이자 양자역학의 개척자 중 하나이다. 파울리 배타 원리에 대한 업적으로 1945년 노벨 물리학상을 수상했다.
상대적 실재
그러나 헤르만 민코프스키는 시공간 개념을 물리학에 처음으로 도입했으며 이러한 혁명적인 개념의 도입으로 인해 특수상대성이론은 완전한 이론이 되었다.
고트프리트 빌헬름 라이프니츠
자연의 본질에 관한 라이프니츠의 생각들은 정역학, 동역학과 잘 들어맞지 않았고, 아원자 입자가 발견되고 양자 역학이 고전 역학을 밀어내기 전까지는 말도 안 되는 것으로 여겨졌다. 예를 들어, 그는 뉴턴과의 논쟁에서 공간, 시간과 물체의 운동이 절대적이지 않고 상대적이라고 말함으로써 아인슈타인의 이론을 예견했다. 종종 간과되는 사실이지만, 라이프니츠 법칙도 물리학의 다양한 분야의 증명들에서 중요한 역할을 한다. 라이프니츠의 충족 이유율은 오늘날 우주론에서 인용되고 있고, 동일성 원리는 양자역학에서 인용된다. 오늘날 우주론의 한 갈래인 프랙탈 우주론 옹호자들은 라이프니츠를 선구자로 여긴다.
닐스 보어
닐스 보어와 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)은 라이든(Leiden)에 있는 파울 에렌페스트(Paul Ehrenfest)의 집에서 양자 이론에 몰두하였다. 또한 보어는 상보성의 원리에 대해서 생각하였다. 예를 들어, 물리학자들은 빛이 실험 틀에 따라 파동 또는 입자처럼 행동한다고 결론지었는데 이는 외면적인 상호 배타적인 특성으로서 보어가 생각한 상보성의 원리에 기초한 것이다. 또한 보어는 이 상보성의 원리를 위하여 철학적인 응용도 찾아낸다. 아인슈타인은 결정론적인 고전 물리학을 확률에 근거한 새로운 양자역학보다 훨씬 더 선호하였는데 이 결정론적인 고전 물리학에 아인슈타인과 막스 플랑크가 많은 공헌을 하였다. 아인슈타인과 보어는 이 원리의 진실에 대하여 틈틈이 논쟁을 하였는데, 격렬한 논쟁이 아닌 선의의 그리고 순순히 학문적인 논쟁을 펼쳤다. 1926부터 1927년까지 베르너 하이젠베르크(Werner Heisenberg)는 보어의 코펜하겐 대학 강의의 조수로서 일을 하였다. 그는 1927년 코펜하겐에서 불확정성의 원리를 발표하였는데 그것은 양자역학의 수학적인 기초에 근거하여 나온 원리였다. 하이젠 베르크는 나중에 독일 원자 폭탄 프로젝트의 대표가 되었다. 1941년 세계 제2차 대전 때, 보어는 하이젠 베르크에 의해서 코펜하겐으로 초대되었다. 보어는 1943년에 독일 경찰에 의해 체포되기 바로 직전에 스웨덴으로 탈출하였으며 그 후, 런던으로 도피하였다.