상대 속도와 특수 상대성 이론의 가정

1. 상대 속도

1) 상대 속도의 정의

동일한 물체의 운동도 관측자에 따라 다르게 측정됩니다. 즉, 속도는 상대적입니다. 상대 속도는 단위 시간당 두 물체가 얼마나 가까워지고 멀어지고 있는가의 척도로 사용될 수 있습니다. 관측자 A가 본 B의 속도는 다음과 같습니다.
$$ V_{AB}=\sqrt{V_{B}-V_{A}} $$

2) 상대 속도의 계산

① 속도의 방향이 같을 경우

속도의 방향이 같을 때 관측자 A가 본 B의 속도는 다음과 같습니다.
$$ V_{AB}=V_{B}-V_{A} $$

② 속도의 방향이 다를 경우

속도의 방향이 다를 때 관측자 A가 본 B의 속도는 다음과 같습니다.
$$ V_{AB}=-V_{B}-V_{A}=-(V_{B}+V_{A}) $$

2. 특수 상대성 이론

1) 마이컬슨 · 몰리 실험

과거 빛의 매질로 추측된 에테르는 마이컬슨 · 몰리 실험에서 서로 다른 경로를 진행한 빛의 속도에 차이가 없음이 밝혀지면서 존재하지 않음이 밝혀졌습니다. 이 실험을 통해 빛은 매질 없이 빈 공간에서 전달되고 빛은 진공에서 관찰자의 운동과 무관하게 항상 같은 속력으로 운동합니다.

2) 특수 상대성 이론의 가정

① 상대성 원리

모든 관성 좌표계에서 물리 법칙은 동일하게 성립합니다. 또한 관찰자는 자신의 속도를 정확하게 구별하거나 알 수 없고 서로 다른 관성 좌표계에서 본 물체의 운동은 다를 수 있지만 서로 다른 관성 좌표계에서의 적용되는 물리 법칙은 다음과 같습니다.

[ConFer]
상대성 원리는 서로 다른 관성계의 두 관찰자가 측정하는 물리량의 같음을 의미하는 것이 아니라 측정한 물리량의 값은 다를 수 있지만, 적용되는 물리 법칙이 같음을 의미합니다.
관성 좌표계(관성계)란 뉴턴의 운동 법칙 중 제1법칙이 성립하는 좌표계로 정지해 있거나 등속도 운동하는 관찰자를 기준으로 정한 좌표계를 의미합니다.

② 광속 불변 원리

모든 관성계에서 보았을 때, 진공 중에서 진행하는 빛의 속도는 관측자나 광원의 속도와 관계없이 일정합니다. 이는 과학의 발전으로 파이온 소립자의 빛 방출 실험을 통해 거의 검증되었습니다. 이 세상에 어떤 입자도 빛보다 빨리 움직이게 할 수 없고, 광속 $ c $의 값은 유한하며, 진공에서 광속은 늘 $ c $입니다.

3) 동시성의 상대성

한 관성 기준계에서 동시인 사건이 다른 관성 기준계에서는 동시가 아닐 수 있습니다. 한 장소에서 동시에 발생한 사건은 어디서나 동시에 발생한 사건으로 관측됩니다. 하지만 다른 장소에서 발생한 사건은 모든 관측자가 동시에 발생한 것으로 관측되지 않습니다.
[ConFer]
관측자가 정지 상태인지, 운동 상태인지에 따라 동시에 일어난 일인지 아닌지가 달라지고, 이를 동시성의 불일치라고 합니다.