강원대 전기전자공학과 교수
【교육=강원신문】신효진 기자 = 아인슈타인의 특수 상대성 이론은 물리학의 주춧돌과 같은 기초를 이루는 매우 중요한 이론으로, 상대성원리와 광속일정원리의 두 ‘공리(postulation)’에 근거하고 있다.
강원대학교 최양호 교수(전기전자공학과)는 지난 5월 18일(금) 이 두 공리가 수학적으로 실현 불가능 하다는 것을 밝힌 논문인“Uniqueness of the isotropic frame and usefulness of the Lorentz transformation”을 한국물리학회 영문 논문지에 발표를 했다.
등속(等速)으로 움직이는 관찰자에 대한 좌표계를‘관성계(慣性系)’라 하고, 방향에 관계없이 동일한 물리적 성질을 등방성(等方性)’이라한다. 최양호 교수의 논문에 따르면, 등방성을 갖는 관성계는 유일하며, 이 관성계에서만 광속이 방향에 관계없이 일정하다고 한다. 이는 물리학의 가장 중요한 기본원리에 수학적인 모순이 있음을 의미하는 것이다.
아직도 우리는 떨어진 두 지점 간에 시간의 동기화 문제로 동시성을 모르고 있다. 그래서 두 지점에서 각각 어떤 사건이 일어났을 때 정확한 시간 차이를 알 수 없다. 단지, 가장 빠른 속도로 전파된다고 알려진 전자파를 이용하여 광속일정의 원리에 따라 시간을 동기화한다.
그러나 한 지점에서 일어난 두 사건은 동기화 문제없이 정확한 시간차이를 알 수 있다. 동기화의 문제가 없는 한 지점에서의 시간을 고유시간이라 부른다.
고유시간과 함께 정확히 측정할 수 있는 다른 물리량으로 도플러 천이 주파수가 있다. 도플러 주파수도 한 지점에서 측정 가능하여 동기화의 문제를 가지지 않는다.
아인슈타인의 상대성 원리에 따르면, 관성계 모두는 동등하며 등방성을 가진다. 하지만 이번 발표된 논문에서는 등방 관성계가 유일하지 않으면 이들 물리량이 유일하게 결정되지 않는 수학적 모순을 드러내고, 따라서 등방 관성계가 유일함을 수학적으로 증명하고 있다.
‘특수상대성 이론’은 그 타당성을 시험하는 수많은 실험을 거쳐 확고하게 입증된 이론으로 받아들여지고 있다. 최양호 교수는 본 논문을 통해 “두 공리가 실현 불가능함에도 불구하고 특수상대성 이론의 예측이 시험결과와 왜 일치하는지” 그 이유를 설명하고 있다.
또한, 최양호 교수는 “4개의 관성계가 있을 때, 이들 관성계간 좌표와 상대속도 간 관계를 관성계의 동등성, 광속일정의 원리 아래서 모순 없이 구할 수 없다”고 밝히고 있다.
관성계의 동등성의 등장은 시간과 공간에 대한 인류의 인식이 획기적으로 전환되는 계기를 마련했다. 그러나 비슷한 시기에 아인슈타인과 유사한 이론을 제안하였던 로렌츠는 이를 인정하지 않고 끝까지 등방적인 관성계는 유일함을 주장했다.
최양호 교수는 “당시 물리학계는 아인슈타인의 이론을 수용하였지만, 위 논문결과는 이 유일성에 대한 로렌츠의 주장이 옳았음을 보여준다.”고 말하고 있다.
또한, “다시, 시간과 공간에 대한 인식을 새롭게 해야 될 상황을 맞이할 지도 모르며, 그렇다면 물리학계를 넘어 인문사회계에도 지대한 영향을 미칠 것으로 예상된다.”고 밝혔다.
특수상대성 이론의 모순을 밝히는 논문인“Uniqueness of the Isotropic Frame and Usefulness of the Lorentz transformation(등방 프레임의 유일성 및 로렌츠 변환의 유용성)”은 지난 5월 18일(금) 한국물리학회 영문 논문지에 발표됐다.
