제1부. 공간과 시간 (Space and Time)
1.1 균일한 우주(The Homogeneous Universe) 동영상/영문자막/한글자막
1.2 팽창하는 우주, 허블의 법칙(Hubble's Law) 동영상/영문자막/한글자막
1.3 관성 질량과 중력 질량(Inertial and Gravitational Mass) 동영상/영문자막/한글자막
1.4 공간 (Space) 동영상/영문자막/한글자막
1.5 측량(The Metric) 동영상/영문자막/한글자막
1.6 일반 상대론(General Relativity) 동영상/영문자막/한글자막
* 이번에도 일반 상대론에 대해 두 물리학자가 대담으로 풀어갑니다. 앞서서 시간과 공간, 질량과 가속, 측량 등이 일반 상대론 이해의 기초가 될 것입니다. 특히 측지선(geodesic)의 이해와 중력질량과 관성질량, 가상의 힘과 실제의 힘의 개념을 이해가 이번 강의의 중요 목표입니다. 수학식 보다 개념의 이해가 가장 중요합니다. 수식은 누군가의 도움으로 풀 수도 있지만 개념은 스스로 사고하여 깨쳐야 합니다.
..................
0
00:00:00,000 --> 00:00:00,590
1
00:00:00,590 --> 00:00:04,530
브라이언: 앞서 우리는 공간에서 운동을 측량(metric)이라고 하는
BRIAN: So we've seen that we can describe how you move around
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00:00:04,530 --> 00:00:07,590
어떤 방식으로 기술할 수 있는지 알아봤습니다.
in space by something we call a metric.
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00:00:07,590 --> 00:00:12,050
그리고 이 측량을 뒤흔들어 놓으면 이주 미친듯이 이상한 일이 벌어지게 할 수도 있습니다.
And then if we mess this metric up, you can get really crazy things happening.
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00:00:12,050 --> 00:00:14,120
공간을 토막 낼 수도 있고
You can have discontinuous space.
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00:00:14,120 --> 00:00:17,600
분명 공간을 휘게 할 수도 있었습니다.
Or you might actually have curved space.
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00:00:17,600 --> 00:00:22,270
그러니 폴, 이렇게 공간을 마음대로 바뀌게 할 수 있는 측량이 질량과 가속,
So Paul, what does this have to do with Einstein's original thought of mass,
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00:00:22,270 --> 00:00:26,500
그리고 중력, 이 모든 것들을 한데 역은 아인슈타인의 독창적 생각을 가지고 무었을 했다는 걸까요?
('측량' 이라는 것이 일반 상대론을 세우는데 어떻게 적용 됐나요?)
and acceleration, and gravity, all being mixed into one?
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00:00:26,500 --> 00:00:29,020
폴: 기본 생각은 이렇습니다.
PAUL: Well here's the basic idea.
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00:00:29,020 --> 00:00:32,800
측량은 실제로 질량으로 인해 생겨난다는 것이죠.
* 공간을 휘게 하는 계측(수학적 방법)을 도입 하게된 요인은 질량 때문입니다.
The idea is that the metric is actually set by mass.
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00:00:32,800 --> 00:00:35,870
만일 우주의 일부에 모든 질량이 어디에 있는지 안다면(우주의 모든 질량이 어떻게 분포하는지 안다면)
So if you know where all the masses are in some part of the universe,
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00:00:35,870 --> 00:00:39,100
측량을 계산하기 위해 아인슈타인 공식을 사용할 수 있습니다. (측량은 밝혀내야 할 대상임.)
you can use Einstein's equations to calculate the metric.
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00:00:39,100 --> 00:00:41,130
그렇게 알아낸 측량은 휘었죠.
And it will be curved.
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00:00:41,130 --> 00:00:43,670
그리고 이 휘어진 측량이 중력 때문에 그리 된 것입니다.
And this is actually the explanation for gravity.
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00:00:43,670 --> 00:00:44,720
중력은 힘이 아닙니다.
* 질량의 존재로 인한 중력은 질량의 가진 물체를 움직인 관성력과는 다르다.
Gravity is not a force.
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00:00:44,720 --> 00:00:46,890
중력은 단지 굴곡진 측량일 뿐입니다.
It's just a curve of the metric.
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00:00:46,890 --> 00:00:49,400
예를 들자면, 측량을 약간 꼬아 놓는 것으로
So for example, we've seen by messing up the metric,
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00:00:49,400 --> 00:00:52,410
사물이 원운동을 하게 했었던 것을 기억해보세요.
you can get things to move in circles.
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00:00:52,410 --> 00:00:55,630
그 예는 아인슈타인이 제안한 궤도를 완벽하게 설명 합니다.
And that's exactly the explanation that Einstein came up with orbit.
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00:00:55,630 --> 00:00:59,690
통상적인 뉴튼의 물리에서는
For normal Newtonian physics, we think of something going in an orbit
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00:00:59,690 --> 00:01:03,980
원운동을 하게 만드는 힘이 개입되어 궤도를 돈다고 설명하죠.
(질량으로 인한 끌어당기는 만유인력과 이에 대항하는 원심력)
as there's a force towards the middle making it go in a circle.
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00:01:03,980 --> 00:01:06,132
하지만 아인슈타인의 생각이 달랐습니다.
But what Einstein said is, it's not like that.
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00:01:06,132 --> 00:01:08,340
질량으로 인해 발생하는 현상은 힘을 만들지 않는 다는 겁니다.
What's happened is the mass is not producing a force.
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00:01:08,340 --> 00:01:11,250
질량의 주변에 시공간을 변화 시킨다고 생각 했죠.
The mass is changing space-time around it.
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00:01:11,250 --> 00:01:14,870
그리하여 자연적인 경로, 우린 이것을 측지선(geodesic, 지름길)이라고 부르는데,
So the natural path-- what we call the geodesic-- the natural path
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00:01:14,870 --> 00:01:18,300
자연적인 경로(곡면상의 가장 짧은 경로)는 직선이 아니라 곡선입니다.
of something, instead of being a straight line, is a curve.
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00:01:18,300 --> 00:01:20,940
브라이언: 그렇다면 휘어 있다면
BRIAN: So if something's going in a curve-- a rocket ship,
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00:01:20,940 --> 00:01:23,130
지구를 도는 우주선도 그렇다는 것이죠.
for example, goes in an orbit around Earth.
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00:01:23,130 --> 00:01:24,386
공간이 휜 것이군요.
It's curved.
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00:01:24,386 --> 00:01:25,260
그럼 빛은 어때요?
But what about light?
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00:01:25,260 --> 00:01:28,800
직선으로만 가는 빛도 지구를 돌아야 할 것 같네요.
Light travels in straight lines, I think, going around the Earth.
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00:01:28,800 --> 00:01:32,430
폴: 네. 빛은 휩에 대해서도 차차 밝혀보기로 하죠.
PAUL: Well, we've glossed over time in this.
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00:01:32,430 --> 00:01:35,390
측량의 본 모습은 공간 뿐만 아니라 시간과도 연관이 있습니다.
The real metric involves time as well as space.
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00:01:35,390 --> 00:01:38,224
그리고 우주선 경로의 곡률은 매우 강하게 굽어 있기 때문입니다.
And it turns out that the curvature of the path of a spacecraft-- it
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00:01:38,224 --> 00:01:39,848
looks like it's pretty strongly curved.
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00:01:39,848 --> 00:01:41,964
그리고 매우 완만하게 굽은 빛의 경우
And of light-- which is only very gently curved--
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00:01:41,964 --> 00:01:44,880
중력렌즈 현상에서 살짝 보듯이 빛의 경로가 완전한 직선은 아닙니다.
a bit of gravitational lensing, so it's not perfectly a straight line.
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00:01:44,880 --> 00:01:48,780
하지만 사실 시공간에서 두 곡률은 같습니다.
But in fact in space-time, the curvature of the two are the same.
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00:01:48,780 --> 00:01:51,390
하지만 이에 대한 개략적 이해를 이번 강좌의 목표로 삼기로 합니다.
But we'll gloss over that for the purposes of this lecture.
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00:01:51,390 --> 00:01:52,080
브라이언: 좋습니다.
BRIAN: OK.
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00:01:52,080 --> 00:01:59,200
그러니까 이것이 아인슈타인의 일반 상대론의 근간이 되는 핵심입니다.
So this is the heart of what makes Einstein's theory of general relativity
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00:01:59,200 --> 00:02:01,200
* 질량의 존재하는 곳에 시간과 공간의 엃히고 그에 따른 시공간이 휘는 정도(곡률)을 기술하는 수학적 도구로서 측량과 측지선이다.
work, this curvature.
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00:02:01,200 --> 00:02:04,380
그런데 이런 것들이 우주론과 무슨 상관 있나요?
But what does it have to do with cosmology?
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00:02:04,380 --> 00:02:09,660
폴: 두 질량(2체)의 문제를 어떻게 풀지 설명해 봅시다.
PAUL: Well, let's explain how it fixes the problem of the two masses.
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00:02:09,660 --> 00:02:11,800
여기에 공이 있어요.
So let's say we have this ball.
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00:02:11,800 --> 00:02:16,190
뉴튼 역학에 따르면 공을 놓는 순간 아래로 떨어지죠.
And in Newtonian physics if I let go, it drops.
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00:02:16,190 --> 00:02:21,790
이런 현상(자유낙하)는 지구(질량이 큰 물체)에서 위로 향하는 이상한 힘(중력)이 작용 했다고 설명 하죠.
And we would explain that by, there's a strange force coming up from the Earth.
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00:02:21,790 --> 00:02:24,290
다시 아인슈타인의 이론에 따르면 여기에 힘은 없죠.
According to Einstein, once again, there's no force.
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00:02:24,290 --> 00:02:26,748
공이 자신의 측지선(지름길)을 따라갔을 뿐이라는 겁니다.
All that's happening is the ball is following its geodesic.
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00:02:26,748 --> 00:02:30,650
공의 측지선(최단경로)이 지구 중심을 향해 가속했죠.
And it's geodesic is to accelerate towards the center of the Earth
50
00:02:30,650 --> 00:02:32,890
9.8 초 제곱 당 미터로 가속되어 있는 겁니다.
at 9.8 meters per second squared.
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00:02:32,890 --> 00:02:37,050
그 말은 단지 이 방안의 시간과 공간이 다소 휘어져있기 때문입니다.
And that's simply because the space-time in this room is curved a little bit.
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00:02:37,050 --> 00:02:37,550
브라이언: 좋아요.
BRIAN: OK.
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00:02:37,550 --> 00:02:39,210
그러니까 공이 떨어지죠.
So the ball is falling.
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00:02:39,210 --> 00:02:41,340
공을 놓는 순간 공은 자신의 측지선을 따라 갑니다.
When you drop it, it follows its geodesic.
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00:02:41,340 --> 00:02:43,537
그러나 당신과 나는 여기 의자에 앉아있죠.
But you and I-- we're sitting in chairs.
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00:02:43,537 --> 00:02:44,620
우리는 전혀 움직이지 않아요.
We're not moving anywhere.
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00:02:44,620 --> 00:02:45,790
이것은 왜 그럴까요?
What's going on there?
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00:02:45,790 --> 00:02:47,581
폴: 글쎄. 어찌된 일인가요.
PAUL: Well of course, what's happening here
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00:02:47,581 --> 00:02:50,154
저의 측지선과 당신의 측지선이 사실은
is that my geodesic and your geodesic is indeed
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00:02:50,154 --> 00:02:51,820
지구의 중심으로 떨어지고 있습니다.
to fall towards the middle of the Earth.
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00:02:51,820 --> 00:02:53,153
그게 우리의 정상적인 상태입니다.
That would be our natural state.
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00:02:53,153 --> 00:02:55,200
하지만 우리를 떠받치는 힘이 존재하죠.
But there's a force that's holding us up.
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00:02:55,200 --> 00:02:59,770
바로 이 의자의 용수철과 방석이 내는 힘이죠.
And that case it's a force due to the springs or the foam in these chairs.
64
00:02:59,770 --> 00:03:01,820
방석이 우리는 밀어 올리고 있죠.
That foam is compressed and pushing us up.
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00:03:01,820 --> 00:03:03,980
그러니까 진성의 힘은... 중력이라는 것은 없구요.
So the only real force-- there is no gravity force.
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00:03:03,980 --> 00:03:06,382
오직 의자가 바쳐주는 힘이 진짜 힘일 뿐입니다.
The only real force is the force from the chair.
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00:03:06,382 --> 00:03:07,840
그리고 그 힘을 측정 할 수 있죠.
And that's a force you can measure.
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00:03:07,840 --> 00:03:09,615
실제로 의자가 받는 압력이 얼마인지 잴 수 있어요.
You can actually see how much the chairs are compressed,
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00:03:09,615 --> 00:03:11,630
당신이 의자에 앉으면서 짖누르죠.
and the squashing of whatever you're sitting on.
70
00:03:11,630 --> 00:03:13,280
그게 실제하는 힘입니다.
So that's a very real force.
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00:03:13,280 --> 00:03:17,270
이는 가속도와 중력이 왜 같은지 설명합니다.
* 일반 상대론의 기본 원리 '등가의 원리(equivalence principle)'
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%93%B1%EA%B0%80%EC%9B%90%EB%A6%AC
So this explains why acceleration and gravity are the same thing.
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00:03:17,270 --> 00:03:19,270
사실 중력이라는 것은 없죠.
That in fact, there is no such thing as gravity.
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00:03:19,270 --> 00:03:20,859
항상 가속도만 있을 뿐입니다.
It's always acceleration.
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00:03:20,859 --> 00:03:23,650
중력에 대해 생각해보면, 예를 들어 궤도를 도는 위성같은 거요,
When we think of gravity, for example making something go in orbit,
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00:03:23,650 --> 00:03:25,852
또는 의자를 짖누르는 따위는 힘이 아니라는 겁니다.
or pushing us down in the chair, it's not.
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00:03:25,852 --> 00:03:27,810
이러한 일들은 그저 그 물체들의 측지선을 따르는 것 뿐입니다.
These things are just following their geodesic.
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00:03:27,810 --> 00:03:29,120
힘이 가해진 것은 없어요.
There's no force involved.
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00:03:29,120 --> 00:03:32,069
당신의 측지선에서 떨어지면, 우리가 지금 의자에 앉아 있는 것처럼, 그때 진짜 힘이 작용 합니다.
When you depart from your geodesic, like us, there is a real force.
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00:03:32,069 --> 00:03:33,860
그대 비로서 우리는 힘을 측정 할 수 있죠.
But that's a force we can actually measure.
80
00:03:33,860 --> 00:03:35,526
그게 바로 의자의 방석에 가해지는 힘입니다.
It's the force of the foam in our chair.
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00:03:35,526 --> 00:03:38,920
브라이언: 그럼 원심력도 비슷한 경우로 볼 수 있겠지요.
BRIAN: So it's kind of analogous to centrifugal force, which
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00:03:38,920 --> 00:03:42,470
실제로 존재하는 힘이 아닌 힘 말이죠.
is this force that sort of is not really there,
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00:03:42,470 --> 00:03:45,590
하지만 때로 회전 운동에서 나오는 힘이라고 말하잖아요.
but we often like to describe it when we look at circular motion.
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00:03:45,590 --> 00:03:48,810
폴: 네. 원심력을 마찰력(대항력)이라고 합니다.
PAUL: Yes, centrifugal force is what we call a fictitious force.
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00:03:48,810 --> 00:03:52,120
길위에서 운전할 때 차가 갑자기 밖으로 쏠리면
When you're driving down the road, and the car suddenly goes to the side,
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00:03:52,120 --> 00:03:54,744
매우 강하게 반대 방향으로 내던져지는 듯한 느낌을 받습니다.
you feel like you're flung to the opposite side quite strongly.
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00:03:54,744 --> 00:03:56,070
실제로 힘을 느끼는 거죠.
It feels like a real force.
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00:03:56,070 --> 00:03:57,430
하지만 사실은 당신에게 일어난 일은 단지
But in fact, what's happening is you just want
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00:03:57,430 --> 00:03:59,990
직선으로 등속운동을 하길 원했던 겁니다.
to keep going in the uniform motion of a straight line.
90
00:03:59,990 --> 00:04:02,950
그리고 실제 힘은 옆으로 미는 의자의 옆으로 작동 합니다.
And the real force is the side of the chair pushing sideways,
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00:04:02,950 --> 00:04:04,809
당신의 안전 벨트가 당신을 옆으로 밀어낸 겁니다.
your seat belt pushing you sideways.
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00:04:04,809 --> 00:04:05,600
그것은 여기 이것과 같아요.
It's the same here.
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00:04:05,600 --> 00:04:07,910
우리는 중력이 아래로 끌어내리는 힘이라고 생각 하죠.
We think that gravity is a force pulling things downwards.
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00:04:07,910 --> 00:04:09,680
하지만 사실은 아래로 가게 자연스런 운동입니다.
But in fact, the natural motion is to go downwards.
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00:04:09,680 --> 00:04:12,221
실제 힘이란 아래를 가격했을 때죠.
And the actual force is what happens when you hit the bottom.
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00:04:12,221 --> 00:04:16,980
이는 질량이, 그러니까 가속에 대항하는 관성인데
And this explains why mass-- that's inertia resisting acceleration--
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00:04:16,980 --> 00:04:19,200
중력질량이 관성 질량이 서로 대응 된 겁니다. (등가의 원리)
that gravitational mass are one and the same thing.
98
00:04:19,200 --> 00:04:19,741
브라이언: 좋아요.
BRIAN: Right.
99
00:04:19,741 --> 00:04:22,750
그럼 다음 시간에는 이것(측지선)이
And so we're going to find out next time how
100
00:04:22,750 --> 00:04:25,860
우주와 세상만물에 관한 이론에 어떻게 영향을 주는지 알아보기로 합시다.
this affects the whole idea of the universe and everything,
101
00:04:25,860 --> 00:04:28,600
중력이 우주론에 어떤 의미를 갖는지 함께 알아보면서요.
through how gravity interacts with cosmology.
102
00:04:28,600 --> 00:04:30,545
폴: 좋습니다. 그렇게 합시다.
PAUL: That's right.
103
00:04:30,545 --> 00:04:31,045
1.2 팽창하는 우주, 허블의 법칙(Hubble's Law) 동영상/영문자막/한글자막
1.3 관성 질량과 중력 질량(Inertial and Gravitational Mass) 동영상/영문자막/한글자막
1.4 공간 (Space) 동영상/영문자막/한글자막
1.5 측량(The Metric) 동영상/영문자막/한글자막
1.6 일반 상대론(General Relativity) 동영상/영문자막/한글자막
* 이번에도 일반 상대론에 대해 두 물리학자가 대담으로 풀어갑니다. 앞서서 시간과 공간, 질량과 가속, 측량 등이 일반 상대론 이해의 기초가 될 것입니다. 특히 측지선(geodesic)의 이해와 중력질량과 관성질량, 가상의 힘과 실제의 힘의 개념을 이해가 이번 강의의 중요 목표입니다. 수학식 보다 개념의 이해가 가장 중요합니다. 수식은 누군가의 도움으로 풀 수도 있지만 개념은 스스로 사고하여 깨쳐야 합니다.
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00:00:00,000 --> 00:00:00,590
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00:00:00,590 --> 00:00:04,530
브라이언: 앞서 우리는 공간에서 운동을 측량(metric)이라고 하는
BRIAN: So we've seen that we can describe how you move around
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어떤 방식으로 기술할 수 있는지 알아봤습니다.
in space by something we call a metric.
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그리고 이 측량을 뒤흔들어 놓으면 이주 미친듯이 이상한 일이 벌어지게 할 수도 있습니다.
And then if we mess this metric up, you can get really crazy things happening.
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00:00:12,050 --> 00:00:14,120
공간을 토막 낼 수도 있고
You can have discontinuous space.
5
00:00:14,120 --> 00:00:17,600
분명 공간을 휘게 할 수도 있었습니다.
Or you might actually have curved space.
6
00:00:17,600 --> 00:00:22,270
그러니 폴, 이렇게 공간을 마음대로 바뀌게 할 수 있는 측량이 질량과 가속,
So Paul, what does this have to do with Einstein's original thought of mass,
7
00:00:22,270 --> 00:00:26,500
그리고 중력, 이 모든 것들을 한데 역은 아인슈타인의 독창적 생각을 가지고 무었을 했다는 걸까요?
('측량' 이라는 것이 일반 상대론을 세우는데 어떻게 적용 됐나요?)
and acceleration, and gravity, all being mixed into one?
8
00:00:26,500 --> 00:00:29,020
폴: 기본 생각은 이렇습니다.
PAUL: Well here's the basic idea.
9
00:00:29,020 --> 00:00:32,800
측량은 실제로 질량으로 인해 생겨난다는 것이죠.
* 공간을 휘게 하는 계측(수학적 방법)을 도입 하게된 요인은 질량 때문입니다.
The idea is that the metric is actually set by mass.
10
00:00:32,800 --> 00:00:35,870
만일 우주의 일부에 모든 질량이 어디에 있는지 안다면(우주의 모든 질량이 어떻게 분포하는지 안다면)
So if you know where all the masses are in some part of the universe,
11
00:00:35,870 --> 00:00:39,100
측량을 계산하기 위해 아인슈타인 공식을 사용할 수 있습니다. (측량은 밝혀내야 할 대상임.)
you can use Einstein's equations to calculate the metric.
12
00:00:39,100 --> 00:00:41,130
그렇게 알아낸 측량은 휘었죠.
And it will be curved.
13
00:00:41,130 --> 00:00:43,670
그리고 이 휘어진 측량이 중력 때문에 그리 된 것입니다.
And this is actually the explanation for gravity.
14
00:00:43,670 --> 00:00:44,720
중력은 힘이 아닙니다.
* 질량의 존재로 인한 중력은 질량의 가진 물체를 움직인 관성력과는 다르다.
Gravity is not a force.
15
00:00:44,720 --> 00:00:46,890
중력은 단지 굴곡진 측량일 뿐입니다.
It's just a curve of the metric.
16
00:00:46,890 --> 00:00:49,400
예를 들자면, 측량을 약간 꼬아 놓는 것으로
So for example, we've seen by messing up the metric,
17
00:00:49,400 --> 00:00:52,410
사물이 원운동을 하게 했었던 것을 기억해보세요.
you can get things to move in circles.
18
00:00:52,410 --> 00:00:55,630
그 예는 아인슈타인이 제안한 궤도를 완벽하게 설명 합니다.
And that's exactly the explanation that Einstein came up with orbit.
19
00:00:55,630 --> 00:00:59,690
통상적인 뉴튼의 물리에서는
For normal Newtonian physics, we think of something going in an orbit
20
00:00:59,690 --> 00:01:03,980
원운동을 하게 만드는 힘이 개입되어 궤도를 돈다고 설명하죠.
(질량으로 인한 끌어당기는 만유인력과 이에 대항하는 원심력)
as there's a force towards the middle making it go in a circle.
21
00:01:03,980 --> 00:01:06,132
하지만 아인슈타인의 생각이 달랐습니다.
But what Einstein said is, it's not like that.
22
00:01:06,132 --> 00:01:08,340
질량으로 인해 발생하는 현상은 힘을 만들지 않는 다는 겁니다.
What's happened is the mass is not producing a force.
23
00:01:08,340 --> 00:01:11,250
질량의 주변에 시공간을 변화 시킨다고 생각 했죠.
The mass is changing space-time around it.
24
00:01:11,250 --> 00:01:14,870
그리하여 자연적인 경로, 우린 이것을 측지선(geodesic, 지름길)이라고 부르는데,
So the natural path-- what we call the geodesic-- the natural path
25
00:01:14,870 --> 00:01:18,300
자연적인 경로(곡면상의 가장 짧은 경로)는 직선이 아니라 곡선입니다.
of something, instead of being a straight line, is a curve.
26
00:01:18,300 --> 00:01:20,940
브라이언: 그렇다면 휘어 있다면
BRIAN: So if something's going in a curve-- a rocket ship,
27
00:01:20,940 --> 00:01:23,130
지구를 도는 우주선도 그렇다는 것이죠.
for example, goes in an orbit around Earth.
28
00:01:23,130 --> 00:01:24,386
공간이 휜 것이군요.
It's curved.
29
00:01:24,386 --> 00:01:25,260
그럼 빛은 어때요?
But what about light?
30
00:01:25,260 --> 00:01:28,800
직선으로만 가는 빛도 지구를 돌아야 할 것 같네요.
Light travels in straight lines, I think, going around the Earth.
31
00:01:28,800 --> 00:01:32,430
폴: 네. 빛은 휩에 대해서도 차차 밝혀보기로 하죠.
PAUL: Well, we've glossed over time in this.
32
00:01:32,430 --> 00:01:35,390
측량의 본 모습은 공간 뿐만 아니라 시간과도 연관이 있습니다.
The real metric involves time as well as space.
33
00:01:35,390 --> 00:01:38,224
그리고 우주선 경로의 곡률은 매우 강하게 굽어 있기 때문입니다.
And it turns out that the curvature of the path of a spacecraft-- it
34
00:01:38,224 --> 00:01:39,848
looks like it's pretty strongly curved.
35
00:01:39,848 --> 00:01:41,964
그리고 매우 완만하게 굽은 빛의 경우
And of light-- which is only very gently curved--
36
00:01:41,964 --> 00:01:44,880
중력렌즈 현상에서 살짝 보듯이 빛의 경로가 완전한 직선은 아닙니다.
a bit of gravitational lensing, so it's not perfectly a straight line.
37
00:01:44,880 --> 00:01:48,780
하지만 사실 시공간에서 두 곡률은 같습니다.
But in fact in space-time, the curvature of the two are the same.
38
00:01:48,780 --> 00:01:51,390
하지만 이에 대한 개략적 이해를 이번 강좌의 목표로 삼기로 합니다.
But we'll gloss over that for the purposes of this lecture.
39
00:01:51,390 --> 00:01:52,080
브라이언: 좋습니다.
BRIAN: OK.
40
00:01:52,080 --> 00:01:59,200
그러니까 이것이 아인슈타인의 일반 상대론의 근간이 되는 핵심입니다.
So this is the heart of what makes Einstein's theory of general relativity
41
00:01:59,200 --> 00:02:01,200
* 질량의 존재하는 곳에 시간과 공간의 엃히고 그에 따른 시공간이 휘는 정도(곡률)을 기술하는 수학적 도구로서 측량과 측지선이다.
work, this curvature.
42
00:02:01,200 --> 00:02:04,380
그런데 이런 것들이 우주론과 무슨 상관 있나요?
But what does it have to do with cosmology?
43
00:02:04,380 --> 00:02:09,660
폴: 두 질량(2체)의 문제를 어떻게 풀지 설명해 봅시다.
PAUL: Well, let's explain how it fixes the problem of the two masses.
44
00:02:09,660 --> 00:02:11,800
여기에 공이 있어요.
So let's say we have this ball.
45
00:02:11,800 --> 00:02:16,190
뉴튼 역학에 따르면 공을 놓는 순간 아래로 떨어지죠.
And in Newtonian physics if I let go, it drops.
46
00:02:16,190 --> 00:02:21,790
이런 현상(자유낙하)는 지구(질량이 큰 물체)에서 위로 향하는 이상한 힘(중력)이 작용 했다고 설명 하죠.
And we would explain that by, there's a strange force coming up from the Earth.
47
00:02:21,790 --> 00:02:24,290
다시 아인슈타인의 이론에 따르면 여기에 힘은 없죠.
According to Einstein, once again, there's no force.
48
00:02:24,290 --> 00:02:26,748
공이 자신의 측지선(지름길)을 따라갔을 뿐이라는 겁니다.
All that's happening is the ball is following its geodesic.
49
00:02:26,748 --> 00:02:30,650
공의 측지선(최단경로)이 지구 중심을 향해 가속했죠.
And it's geodesic is to accelerate towards the center of the Earth
50
00:02:30,650 --> 00:02:32,890
9.8 초 제곱 당 미터로 가속되어 있는 겁니다.
at 9.8 meters per second squared.
51
00:02:32,890 --> 00:02:37,050
그 말은 단지 이 방안의 시간과 공간이 다소 휘어져있기 때문입니다.
And that's simply because the space-time in this room is curved a little bit.
52
00:02:37,050 --> 00:02:37,550
브라이언: 좋아요.
BRIAN: OK.
53
00:02:37,550 --> 00:02:39,210
그러니까 공이 떨어지죠.
So the ball is falling.
54
00:02:39,210 --> 00:02:41,340
공을 놓는 순간 공은 자신의 측지선을 따라 갑니다.
When you drop it, it follows its geodesic.
55
00:02:41,340 --> 00:02:43,537
그러나 당신과 나는 여기 의자에 앉아있죠.
But you and I-- we're sitting in chairs.
56
00:02:43,537 --> 00:02:44,620
우리는 전혀 움직이지 않아요.
We're not moving anywhere.
57
00:02:44,620 --> 00:02:45,790
이것은 왜 그럴까요?
What's going on there?
58
00:02:45,790 --> 00:02:47,581
폴: 글쎄. 어찌된 일인가요.
PAUL: Well of course, what's happening here
59
00:02:47,581 --> 00:02:50,154
저의 측지선과 당신의 측지선이 사실은
is that my geodesic and your geodesic is indeed
60
00:02:50,154 --> 00:02:51,820
지구의 중심으로 떨어지고 있습니다.
to fall towards the middle of the Earth.
61
00:02:51,820 --> 00:02:53,153
그게 우리의 정상적인 상태입니다.
That would be our natural state.
62
00:02:53,153 --> 00:02:55,200
하지만 우리를 떠받치는 힘이 존재하죠.
But there's a force that's holding us up.
63
00:02:55,200 --> 00:02:59,770
바로 이 의자의 용수철과 방석이 내는 힘이죠.
And that case it's a force due to the springs or the foam in these chairs.
64
00:02:59,770 --> 00:03:01,820
방석이 우리는 밀어 올리고 있죠.
That foam is compressed and pushing us up.
65
00:03:01,820 --> 00:03:03,980
그러니까 진성의 힘은... 중력이라는 것은 없구요.
So the only real force-- there is no gravity force.
66
00:03:03,980 --> 00:03:06,382
오직 의자가 바쳐주는 힘이 진짜 힘일 뿐입니다.
The only real force is the force from the chair.
67
00:03:06,382 --> 00:03:07,840
그리고 그 힘을 측정 할 수 있죠.
And that's a force you can measure.
68
00:03:07,840 --> 00:03:09,615
실제로 의자가 받는 압력이 얼마인지 잴 수 있어요.
You can actually see how much the chairs are compressed,
69
00:03:09,615 --> 00:03:11,630
당신이 의자에 앉으면서 짖누르죠.
and the squashing of whatever you're sitting on.
70
00:03:11,630 --> 00:03:13,280
그게 실제하는 힘입니다.
So that's a very real force.
71
00:03:13,280 --> 00:03:17,270
이는 가속도와 중력이 왜 같은지 설명합니다.
* 일반 상대론의 기본 원리 '등가의 원리(equivalence principle)'
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%93%B1%EA%B0%80%EC%9B%90%EB%A6%AC
So this explains why acceleration and gravity are the same thing.
72
00:03:17,270 --> 00:03:19,270
사실 중력이라는 것은 없죠.
That in fact, there is no such thing as gravity.
73
00:03:19,270 --> 00:03:20,859
항상 가속도만 있을 뿐입니다.
It's always acceleration.
74
00:03:20,859 --> 00:03:23,650
중력에 대해 생각해보면, 예를 들어 궤도를 도는 위성같은 거요,
When we think of gravity, for example making something go in orbit,
75
00:03:23,650 --> 00:03:25,852
또는 의자를 짖누르는 따위는 힘이 아니라는 겁니다.
or pushing us down in the chair, it's not.
76
00:03:25,852 --> 00:03:27,810
이러한 일들은 그저 그 물체들의 측지선을 따르는 것 뿐입니다.
These things are just following their geodesic.
77
00:03:27,810 --> 00:03:29,120
힘이 가해진 것은 없어요.
There's no force involved.
78
00:03:29,120 --> 00:03:32,069
당신의 측지선에서 떨어지면, 우리가 지금 의자에 앉아 있는 것처럼, 그때 진짜 힘이 작용 합니다.
When you depart from your geodesic, like us, there is a real force.
79
00:03:32,069 --> 00:03:33,860
그대 비로서 우리는 힘을 측정 할 수 있죠.
But that's a force we can actually measure.
80
00:03:33,860 --> 00:03:35,526
그게 바로 의자의 방석에 가해지는 힘입니다.
It's the force of the foam in our chair.
81
00:03:35,526 --> 00:03:38,920
브라이언: 그럼 원심력도 비슷한 경우로 볼 수 있겠지요.
BRIAN: So it's kind of analogous to centrifugal force, which
82
00:03:38,920 --> 00:03:42,470
실제로 존재하는 힘이 아닌 힘 말이죠.
is this force that sort of is not really there,
83
00:03:42,470 --> 00:03:45,590
하지만 때로 회전 운동에서 나오는 힘이라고 말하잖아요.
but we often like to describe it when we look at circular motion.
84
00:03:45,590 --> 00:03:48,810
폴: 네. 원심력을 마찰력(대항력)이라고 합니다.
PAUL: Yes, centrifugal force is what we call a fictitious force.
85
00:03:48,810 --> 00:03:52,120
길위에서 운전할 때 차가 갑자기 밖으로 쏠리면
When you're driving down the road, and the car suddenly goes to the side,
86
00:03:52,120 --> 00:03:54,744
매우 강하게 반대 방향으로 내던져지는 듯한 느낌을 받습니다.
you feel like you're flung to the opposite side quite strongly.
87
00:03:54,744 --> 00:03:56,070
실제로 힘을 느끼는 거죠.
It feels like a real force.
88
00:03:56,070 --> 00:03:57,430
하지만 사실은 당신에게 일어난 일은 단지
But in fact, what's happening is you just want
89
00:03:57,430 --> 00:03:59,990
직선으로 등속운동을 하길 원했던 겁니다.
to keep going in the uniform motion of a straight line.
90
00:03:59,990 --> 00:04:02,950
그리고 실제 힘은 옆으로 미는 의자의 옆으로 작동 합니다.
And the real force is the side of the chair pushing sideways,
91
00:04:02,950 --> 00:04:04,809
당신의 안전 벨트가 당신을 옆으로 밀어낸 겁니다.
your seat belt pushing you sideways.
92
00:04:04,809 --> 00:04:05,600
그것은 여기 이것과 같아요.
It's the same here.
93
00:04:05,600 --> 00:04:07,910
우리는 중력이 아래로 끌어내리는 힘이라고 생각 하죠.
We think that gravity is a force pulling things downwards.
94
00:04:07,910 --> 00:04:09,680
하지만 사실은 아래로 가게 자연스런 운동입니다.
But in fact, the natural motion is to go downwards.
95
00:04:09,680 --> 00:04:12,221
실제 힘이란 아래를 가격했을 때죠.
And the actual force is what happens when you hit the bottom.
96
00:04:12,221 --> 00:04:16,980
이는 질량이, 그러니까 가속에 대항하는 관성인데
And this explains why mass-- that's inertia resisting acceleration--
97
00:04:16,980 --> 00:04:19,200
중력질량이 관성 질량이 서로 대응 된 겁니다. (등가의 원리)
that gravitational mass are one and the same thing.
98
00:04:19,200 --> 00:04:19,741
브라이언: 좋아요.
BRIAN: Right.
99
00:04:19,741 --> 00:04:22,750
그럼 다음 시간에는 이것(측지선)이
And so we're going to find out next time how
100
00:04:22,750 --> 00:04:25,860
우주와 세상만물에 관한 이론에 어떻게 영향을 주는지 알아보기로 합시다.
this affects the whole idea of the universe and everything,
101
00:04:25,860 --> 00:04:28,600
중력이 우주론에 어떤 의미를 갖는지 함께 알아보면서요.
through how gravity interacts with cosmology.
102
00:04:28,600 --> 00:04:30,545
폴: 좋습니다. 그렇게 합시다.
PAUL: That's right.
103
00:04:30,545 --> 00:04:31,045
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