아인슈타인의 특수 상대성 이론의 두 가지 가설

 우리가 '특수상대성이론'이라고 부르는 논문의 제목은 '움직이는 물체의 전기 역학에 대하여'라고 한다.

여기서 '특수'라는 수식어는 이 이론이 관성기준계(정지 또는 등속운동)만을 다룬다는 것을 의미한다. 특수상대성 이론은 절대적인 시간, 절대적인 공간은 존재하지 않는다는 것이다. 즉. '시간과 공간도 관측자에 따라 변한다.'는 것이다.

아인슈타인의 특수 상대성 이론에서 아인슈타인은 두가지 기본원리를 가정하였다.


가설1. 상대성 원리

'등속 직선 운동하는 곳에서는 모든 물리법칙은 정지한 곳과 똑같이 성립한다.'

 예를 들면, 일정한 속도로 달리고 있는 기차안에서 위로 던진 공은 기차안의 관측자에게는 곧장 위로 올라갔다가 똑바로 떨어지는 운동이다. 그러나, 밖에서 이 운동을 보는 사람은 포물선운동으로 보인다.

 위와같이, 한 가지 사건이지만 기차안의 사람과 정지한 관측자가 보는 운동은 달라보인다.
그렇지만, 기차안의 사람은 물체가 연직 위로 올라갔다가 떨어지는 현상을, 중력만 작용하고 있는 운동으로 설명할 수 있다. 밖의 관측자가 본 포물선운동도 포물선운동에서 기차의 등속직선운동 성분을 빼면 중력만 작용하고 있는 연직 상방운동이 된다. 즉, 관측자에 따라 운동이 달라보이지만, 중력에 의한 연직 상방운동이라는 물리법칙은 같다는 것이다.

 이렇게 상대성 원리는 서로 다른 관성 좌표계(관찰자)에서 관찰되는 물리현상은 다를 수 있지만, 그 물리량 사이의 물리법칙은 동일하다는 것이다.



가설2. 광속 불변의 원리

'빛의 속도는 관측하는 장소의 속도나 광원의 운동 속도에 관계 없이, 항상 c(=299,792,458m/s)로 일정하다.'

빛의 매질인 '에테르'의 존재를 믿었던 과학자들은 "빛은 에테르에 대해서 초속 약 30만 킬로미터로 진행한다'고 생각했지만, 아인슈타인은 직관적으로 에테르의 존재를 부정했었다.

마이컬슨-몰리의 실험으로 빛의 매질인 에테르는 없다고 증명되었다. 그래서 아인슈타인은 '관측하는 장소가 어떤 속도로 움직여도 빛은 넌제나 일정한 속도로 나아간다.'고 생각했다. 즉 빛은 누구에게나 c로 나아간다.


 1964년 스위스 제네바 근처의 CERN(유럽 입자물리학 연구소)의 물리학자들이 빠르게 움직이는 광원에서 방출되는 중성 파이온 다발에서 방출되는 감마선의 속도를 측정하여 정지하여 있는 파이온에서 방출되는 빛의 속도와 같다는 사실을 검증하였다.