뉴턴의 만유 인력의 법칙은 우리 태양계 내에서 보이는 많은 부분을 정확하게 예측하였습니다. 그러나 그와 동시에 수성의 궤도나 중력이 빛에 미치는 영향 등 많은 현상이 뉴턴의 법칙이 예측하는 것과 모순되기도 했습니다.

중력의 '속력'

뉴턴은 본질적으로 중력이 'action-at-a-distance force'라고 가정했습니다. 즉, 물리적인 접촉 없이 한 질량의 위치 변화가 다른 모든 질량에 곧바로 전달된다는 것입니다. 이 가정은 어떠한 제 일 원칙에서 나온 것이 아니었습니다. 이후 아인슈타인이 우주의 속도 제한은 빛의 속도라고 말하며 특수 상대성 이론을 발표함으로써 이 가정은 부정되었습니다. 덧붙여 아인슈타인은 1915년 일반 상대성 이론을 발표했습니다.

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일반 상대성 이론

일반 상대성 이론은 시공간 기하학에 관한 이론이며 질량 및 가속도가 그 시공간을 왜곡하고 상호 작용하는 방법에 관한 이론입니다(그림 1 참조).

그림 1:더 큰 질량의 왜곡된 시공간의 궤도를 선회하는 더 작은 질량. 모든 질량이나 에너지는 시공간을 왜곡합니다.

일반 상대성 이론은 중력 이론이 아닙니다. 약한 중력장의 경우 일반 상대론의 결과는 뉴턴의 중력 법칙과 크게 다르지 않습니다. 그러나 강력한 중력장의 경우 뉴턴의 중력 법칙보다 일반 상대론이 더 정확한 결과를 예측하는 것으로 밝혀졌습니다. 가령 수성의 궤도 거리에 있는 태양의 상대적으로 약한 중력장에서도 그 영향을 관찰할 수 있습니다. 1800년대 중반부터 과학자들은 수성의 타원 궤도를 주의 깊게 측정해 왔습니다. 수성의 궤도는 타원형이었지만 그 세부 운동은 복잡했기 때문입니다. 그러나 일반 상대론은 정확한 예측을 내놓았습니다. 그 이후로도 태양에서 먼 물체의 빛의 편향과 같이 많은 측정에서 일반 상대성 이론이 관측치를 정확하게 예측하는 것이 확인되었습니다.