고속열차 안에서 드론을 날리면? (특수상대성 이론 & 일반상대성 이론)

오랜만에 과학관련 글 올립니다.ㅋ

문제:

1. 시속 300km로 등속 운동을 하고 있는 고속열차 안에서 드론을 날리면 과연 그 드론은 그 자리에서 잘 떠 있을까 아님 뒤로 갈려고 할까?

2. 이 열차가 정지상태에서 시속 300km의 속도까지 도달하기 위해선 약 3분의 가속시간을 필요로 하는데 그 3분 동안 그 안에서 드론을 날리면 과연 그 드론은 그 자리에 잘 떠 있을까 아님 뒤로 갈려고 할까?

답?:

1. 드론은 그 자리에 잘 떠있는다.

2. 드론은 자꾸 뒤로 갈려고 한다.

입니다.

1번의 경우 공기를 포함해서 그 열차안에 있는 모든 물체와 분자들이 전부 시속 300km로 그 열차와 함께 달리고 있기 때문에 만약 열차에 창문도 없고 진동도 없다면 열차에 타고 있는 우리는 그 열차가 달리고 있는지 아님 정지해 있는지 도통 알 수가 없죠. --> "등속운동계에서는 모든 물리법칙이 동일하게 적용된다" 라는 공리인데, 이 공리에다가 "빛의 속도는 관찰자에 상관없이 일정하다" 라는 또 하나의 공리를 가미해서 아인쉬타인이 특수상대성 이론을 완성시켰습니다.

2번의 경우엔 공기를 포함해서 그 열차안에 있는 모든 물체와 분자들은 가만히 있으려고 하는데 반해 열차는 특정한 가속도로 계속 앞쪽으로 가속되므로 열차 안에 있는 모든 물체들은 뒤쪽에 있는 누군가가 자꾸 땡기는 힘을 느끼게 됩니다. 그러므로 드론도 그 자리에 가만히 떠있지 못하고 뒤로 자꾸 갈려고 하게 되죠. --> "가속력과 중력은 등가"라는 공리이며 이 공리를 사용해서 역시 아인쉬타인이 일반상대성 이론을 완성시켰습니다.

이렇듯 아무리 어렵고 심오한 물리학 이론이라 할지라도 열차나 드론과 같은 실생활과 자연에서 관찰되는 간단한 현상에 그 시작점을 두고 있다는 사실은 참으로 흥미로운 일이 아닌가 생각하며 짧게나마 본 고를 마칠까 합니다.

2017.2.1