Paik-1 아인슈타인의 상대성 이론과 팽창하는 우주 Maryland 대학 물리학과 백호정 주최 : 재미 한인 물리학자 협회 (AKPA) Maryland 대학 물리학과 후원 : 한미 과학 협력 쎈터 (KUSCO) 한국일보 2005 년 세계 물리학의 해 기념 공개 강좌.

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1 Paik-1 아인슈타인의 상대성 이론과 팽창하는 우주 Maryland 대학 물리학과 백호정 주최 : 재미 한인 물리학자 협회 (AKPA) Maryland 대학 물리학과 후원 : 한미 과학 협력 쎈터 (KUSCO) 한국일보 2005 년 세계 물리학의 해 기념 공개 강좌

2 Paik-2 1905 년, 아인슈타인의 기적의 해 1905, Einstein’s Miracle Year 3/17: 광전 효과 빛은 입자인가, 파동인가 ? 아인슈타인 : “ 빛은 입자다 (E = hf)”  양자 역학, 1921 년 노벨 물리학상 5/11: 브라운 운동 원자가 실제로 존재하는가 ? 아인슈타인 : “ 원자는 실존할 뿐 아니라, 크기를 측정할 수 있다 ”  원자물리학, 고체물리학 6/30: 특수상대성 이론 시간과 공간은 절대적인가 ? 아인슈타인 : “ 시간과 공간은 상대적이다 ”  일반상대성 이론, 천체물리학, 우주학

3 Paik-3 상대성 원리 Principle of Relativity 갈릴레오 : 일정한 속도로 움직이는 배 안에서의 물체의 운동은 움직이지 않을 때와 같다 RelativityRelativity 아인슈타인 : 일정한 속도로 움직이는 배 안에서의 모든 물리 현상은 움직이지 않을 때와 같다 FaradayFaraday 실험 1: 기차 실험 2: 자석 예 : 빛의 속도 c 빛 = 전자파 관찰자의 속도에 관계 없이, c = 1 초에 300,000 km ! ｃ 정지 v 시간이나 거리가 달라지지 않고서는 빛의 속도가 같을 수 없음 !

4 Paik-4 맥스웰 방정식 안에 상대성 원리 Relativity in Maxwell’s Equations 전자파 : B(t)  E(t)  B(t)  E(t)  … 아인슈타인의 관찰 :  맥스웰 방정식 (1864) 근원이나 관찰자의 속도가 맥스웰 방정식에 들어오지 않음 파동 방정식 빛의 속도는 관찰자의 속도에 관계 없이 일정하다 !

5 Paik-5 특수상대성 이론 Special Theory of Relativity 시간과 공간은 관찰자의 상대 속도에 따라 달라진다  움직이는 물체의 길이는 단축되고, 시계는 더 느리게 뛴다. 질량은 에너지와 동등하다 : E = mc 2 히로시마, 1945 년

6 Paik-6 Muon 수명 실험 1 Muon Lifetime Experiment 1 기대되는 Muon 비율 : Experiment 고에너지 입자  뮤온  전자 + 뉴트리노 반감기 : 1.56  10 －６ ｓ 평균 속도 : ０．９８ ｃ 반감거리 : ４６０ ｍ

7 Paik-7 Muon 수명 실험 2 Muon Lifetime Experiment ２ Bern 의 입장에서 Muon 의 수명이 ５배 길어 보임 Muon 의 입장에서 Jungfrau 산이 5 배 낮아 보임

8 Paik-8 갈릴레오의 자유낙하 보편성 Galileo’s Universality of Free Fall 실험 3: 깃털 가벼운 물체나 무거운 물체나 같이 떨어진다  뉴턴 : 중력 질량 = 관성 질량 뉴턴의 중력 법칙은 특수상대성 이론과 모순이다 갈릴레오 ~1620 년 스캇 1971 년

9 Paik-9 아인슈타인의 등가 원리 Einstein’s Equivalence Principle 자유 낙하하는 엘리베이터 안에서의 모든 물리 법칙은 중력이 없는 경우와 같다 질량은 시공간을 굽게 한다  중력은 시공간의 곡률에 지나지 않는다  빛도 태양 주위를 지나갈 때 굴절한다 ( 중력 렌즈 현상 ) 아인슈타인의 일반상대성 이론 (1915)  뉴턴의 법칙을 특수상대성 이론과 조화 실험 4: 엘리베이터 실험 5: 곡면

10 Paik-10 일반상대성 이론 General Theory of Relativity 시공간의 곡률이 파동으로 전달된다  중력파 우주가 팽창하고 있다 !  우주의 시작 ?  아인슈타인 우주상수 도입하여 팽창 막음 현재 과거 웨버 (1960) ? ＬＩＧＯ 중력파 탐지기 ( ２ ００５ )

11 Paik-11 팽창하는 우주 1 E ｘ panding Universe 1 허블 (1929): 은하계들의 빛의 적색치움침 발견 실험 6: Doppler 아인슈타인 : “ 우주상수 도입한 것은 내 일생에 가장 큰 실수 ” 적색 치우침 청색 치우 침

12 Paik-12 팽창하는 우주 2 E ｘ panding Universe 2 펜지아스와 윌슨 (1965 년 ): 우주 초단파 배경 탐지  대폭발 40 만년 후 모습 (80 세 인간 : 하루 )  우주 탄생의 메아리 !

13 Paik-13 팽창하는 우주 3 E ｘ panding Universe 3 우주의 나이 : 약 140 억 년 우주의 팽창이 가속되고 있음 !  우주 상수 재 등장, 암흑 에너지 ? 암흑 에너지 ? 희미한 뉴트리노 별들 자유 수소 및 헬륨 암흑 물질 ? 무거운 원소들 실험 7: 풍선 아인슈타인의 가장 큰 실수가 가장 큰 업적 ?

14 Paik-14 하늘의 불꽃놀이 － 은하계들 Ｈｅａｖｅｎｌｙ Ｆｉｒｅｗｏｒｋｓ － Ｇａｌａｘｉｅｓ 안드로메다 소용돌이 쏨브레로 쎈토리스 스테판의 다섯 쌍둥이 결합 중인 두 은하계

15 Paik-15 하늘의 불꽃놀이 － 성운들 Ｈｅａｖｅｎｌｙ Ｆｉｒｅｗｏｒｋｓ － Ｎｅｂｕｌａｓ 호흡운동 기록기 원추 Ｖ８３ ８ 개미 반지 고양이 눈 독수리 유리 시계