1. 등가 원리 (Principle of Equivalence , 等價原理)
ㅇ 관성 질량과 중력 질량이 항상 동일함을 의미 : 질량의 등가성
- 뉴턴 역학과 일반 상대성이론에서 중요한 개념
. 이는, 중력과 가속 운동이 구별될 수 없다는 원리로 확장되며,
. 아인슈타인의 일반 상대성이론의 핵심 기초를 이룸
- 관성 질량 = 중력 질량
ㅇ 동역학의 기본법칙 (뉴튼의 제2법칙)에 따라, 가속 = 중력
- a = FG/m = g
2. 뉴턴 역학에서의 등가 원리
ㅇ 뉴턴 역학에서는, 관성 질량과 중력 질량이 우연히 같다고 가정하며, 실험적으로 검증
ㅇ 例)
- 갈릴레오의 낙하 실험
. 같은 높이에서 다른 질량의 물체를 떨어뜨려도 동일한 가속도를 가짐
- 단진자 실험
. 같은 길이의 진자를 사용하면, 질량과 관계없이 주기가 동일
* 이들 실험들은 관성 질량과 중력 질량이 항상 같은 값을 가진다는 것을 의미
2. 상대성이론에서의 등가 원리
ㅇ 약한 등가 원리 (WEP, Weak Equivalence Principle)
- 질량의 종류(관성 질량과 중력 질량)가 같으므로,
- 모든 물체는 동일한 중력장에서 동일한 가속도를 가짐
* 이는 뉴턴의 만유인력 법칙에서도 적용되며, 실험적으로 매우 높은 정밀도로 검증됨
ㅇ 강한 등가 원리 (SEP, Strong Equivalence Principle)
- 뉴턴 역학의 범위를 넘어,
- "가속되는 좌표계에서의 자연 법칙은, 중력장 안에서의 법칙과 동일해야 함"
* 결국, 중력과 가속은 구별할 수 없음
ㅇ 例) 우주선 실험
- 중력이 없는 우주선 내부에서 가속 (a = g)을 주면,
- 중력장에서 서 있는 것과 동일한 효과가 발생
ㅇ 일반 상대성이론과 등가 원리
- 중력은, 단순한 힘이 아니라, 시공간의 곡률로 이해해야 함
. 자유낙하하는 물체는 실제로 곡률에 따라 운동하는 것이므로,
. 이는 단순한 등가성의 확장이 아니라 중력이 없는 상태와 동일한 법칙이 적용됨을 의미
. 이 논의는 아인슈타인의 중력장 방정식을 통해 공식화됨