특수 상대성 이론#
특수 상대성 이론은 서로 등속도 운동을 하는 관성 좌표계에서 시간과 공간을 설명하는 이론이다.
특수 상대성 이론은 다음 두 가지 원리를 바탕으로 한다.
상대성 원리
상대성 원리는 모든 관성계에서 물리 법칙이 동일하게 성립한다는 원리이다.
광속 불변 원리
광속 불변 원리는 모든 관성계에서 진공 속을 진행하는 빛의 속력이 광속
관성 좌표계#
관성 좌표계는 관성 법칙이 성립하는 좌표계이다.
관성 좌표계에서는 물체에 작용하는 알짜힘이 0일 때, 물체는 정지 상태를 유지하거나 등속도 운동을 한다.
즉, 정지해 있거나 등속도 운동하는 좌표계를 관성 좌표계로 볼 수 있다.
사건의 측정#
물리적 현상이 발생하는 것을 사건이라고 한다.
사건을 측정한다는 것은 사건이 발생한 위치와 시간을 측정하는 것이다.
- 사건: 물리적 현상의 발생
- 사건의 측정: 사건이 발생한 위치와 시간을 측정하는 것
동시성의 상대성#
동시성의 상대성은 한 관성 좌표계에서 동시에 일어난 두 사건이 다른 관성 좌표계에서는 동시에 일어난 사건이 아닐 수 있다는 것이다.
즉, 동시에 일어났는지는 관찰자가 속한 관성 좌표계에 따라 다르게 판단될 수 있다.
시간 팽창#
시간 팽창은 임의의 관성계
즉, 관찰자에 대해 빠르게 운동하는 물체의 시간은 더 느리게 흐르는 것으로 측정된다.
고유 시간
고유 시간은 한 장소에서 두 사건이 일어났을 때, 그 사건이 일어난 장소에 대해 정지해 있는 관찰자가 측정한 두 사건 사이의 시간 간격이다.
길이 수축#
길이 수축은 관찰자에 대해 운동하고 있는 물체의 길이가 관찰자에게 운동 방향으로 줄어든 것으로 측정되는 현상이다.
즉, 물체가 빠르게 운동할수록 운동 방향의 길이는 짧아진 것으로 측정된다.
고유 길이
고유 길이는 관찰자에 대해 정지해 있는 물체의 길이이다.
질량-에너지 동등성#
질량-에너지 동등성은 질량이 에너지로 변환될 수 있고, 에너지도 질량으로 변환될 수 있다는 것이다.
질량과 에너지의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
: 에너지 변화량 : 질량 변화량 : 광속
핵 반응#
핵 반응은 원자핵이 분열하거나 융합하는 반응이다.
핵 반응에서는 반응 전 질량의 총합이 반응 후 질량의 총합보다 큰 경우가 있다.
이때 줄어든 질량은 에너지로 전환된다.
핵 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
반응 전후의 질량 관계는 다음과 같다.
줄어든 질량은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
따라서 핵 반응에서 발생하는 에너지는 다음과 같이 나타낼 수 있다.