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Physics Code [706048] · MS 2016 (수정됨) · 쪽지

2023-01-24 19:21:58
조회수 2,899

[피코T 칼럼2] 시간은 스칼라인가? 벡터인가

게시글 주소: https://orbi.kr/00061585548

안녕하세요! 피코T입니다.


오늘은 제 전공인 "시간"에 대해서 칼럼을 써보고자 합니다!







칼럼1. 이중슬릿

https://orbi.kr/00058988043

https://orbi.kr/00058988043






과학을 좋아하시는 분들이라면 한번쯤은 "시간"에 대해서 많이 생각해보셨나요?


저 또한 물리라는 과목을 선택한 이후로 시간에 대해서 종종 많이 생각했던 기억이 있습니다.


학부과정에서 전공과 논문이였던 "시간"에 대해서 한번 칼럼을 작성해 보려고 합니다. (최대한 비전공자분들을 위해서 쉽게 써볼게요!!)









1. 벡터와 스칼라의 구분


시간에 들어가기 앞서 스칼라와 벡터의 정의에 대해 잠시 생각해 봅시다. 

스칼라에 대한 단순한 정의의 일반적인 종류는 스칼라는 방향이 아닌 크기만 가지고 있는 반면 벡터는 둘 다 가지고 있다는 것 입니다.

그러나 상대성 이론과 같은 보다 발전된 이론에서 중요한 역할을 하는 보다 근본적인 정의가 등장합니다.

본질적으로 물리학의 스칼라는 좌표 변환에서 변하지 않는 것입니다.

이것은 단순히 어떤 것이 스칼라라면 누가 관찰하든 동일한 값을 갖는다는 것을 의미합니다.


스칼라는 기본적으로 숫자로 생각할 수 있습니다. (아래의 그림과 같이 선을 회전시켜도 거리는 불변함)



그러나 벡터를 설명하려면 두 가지 정보가 필요합니다. 크기와 방향(각도) . 벡터는 또한 각 방향의 구성요소(x-구성요소 등)를 가집니다. 아래 그림 참고하시면, 예를 들어서 (x,y)=(4,3)이라는 좌표가 있다고 합니다.

애를 회전축을 바꿔서 (x',y')으로 보면, 빨간색 x'선 입장에서 +5이고 파란색 y'선 입장에서는 0입니다.

따라서 (x',y')=(5,0)이라고 볼 수 있겠죠! 그래서 벡터일 때는 회전축을 바꾸면 좌표가 달라지게 됩니다.



뭐.. 이 단일 속성은 시간 자체에 구성 요소가 없기 때문에 시간을 벡터로 설명하는 것이 확실히 이치에 맞지는 않죠. 조금 더 깊게 넘어가 봅시다//




2. 뉴턴 물리학에서 스칼라로써의 시간

뉴턴 물리학에서 시간은 특수 상대성 이론과 달리 다른 관찰자에 상대적인 것으로 생각되지 않습니다.

뉴턴은 신(God)이 만든 단 하나의 절대시간과 절대공간이 있다고 주장했었습니다.

이 말의 뜻은 실제로 스칼라의 정의이므로 시간을 스칼라로 설명하는 것이 더 합리적이라고 말하는 것이 타당하겠죠?





3. 아인슈타인의 특수 상대론에서의 시간

아인슈타인은 상대성 이론에서 공간과 시간은 모두 매우 유사한 방식으로 취급되며 실제로 시공간 이라는 단일 항목으로 결합될 수 있다고 했습니다.

여기서 시공간이라고 하는 것은 시공간(4차원) = 공간(3차원) + 시간(1차원) 입니다!


쌤 근데 이것이 시간이 벡터인지 아닌지와 무슨 관련이 있어요?

글쎄요, 핵심 아이디어는 모든 시공간 포인트가 시공간 좌표로 표시된다는 것입니다 

즉, 시간은 기본적으로 좌표일 뿐입니다 .





흔히 좌표는 좌표를 벡터나 스칼라로 생각하는 것은 말이 되지 않습니다. 

아래의 내용을 참고하시면 이해가 빠를거에요

흔히 이동거리는 스칼라이고, 변위를 벡터라고 부르죠? 좌표는 Just 좌표일 뿐입니다.

즉 어떠한 두 점 사이의 관계가 아니라 한 점이라는 것이죠!





이제 이 칼럼의 마지막을 장식해볼까요?

시간은 벡터입니까 아니면 스칼라입니까?에 대한 대답은 시간이 벡터나 스칼라가 아니라 단순히 좌표라는 것 입니다


미안해요.. 잘 모르겠죠? 이해해요... 하지만 이게 현대 물리학에서 시간을 근본적으로 보는 방식입니다.

즉, 시공간의 맥락에서만 의미가 있지 실제로 그 자체로는 전혀 의미가 없습니다.


즉, 실제 시계의 판독값에서만 유의미한 값을 갖는다는 것이겠죠? (측정의 행위 = 유의미함)





반응이 괜찮으면 종종 물리 칼럼 써볼게요 :)


"혹시 외계인이 있나요?"

 

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