상대성 이론/특수 상대성 이론/상대성 이론: 아인슈타인(Einstein) 이전/갈릴레이(Galilei)의 상대성

뉴턴의 제 1법칙

정지한 물체에 힘이 가해지지 않으면 그 물체는 정지를 계속한다. 운동하는 물체에 힘이 가해지지 않으면 그 물체는 운동 상태를 바꾸지 않고 등속 직선운동을 계속한다.

이 법칙은 물체의 본성에 대해 이야기 하고 있다. 마치 옛날 철학계에서 인간이 본질적으로 착하냐 악하냐를 두고 논쟁을 벌인 것과 같다. 아주 오래전, 자연철학 분야에서도 비슷한 논쟁이 있었다. 그 논쟁에서 핵심적인 질문은 "무엇이 물체의 운동을 변화시키느냐?"였다. 아리스토텔레스는 물체는 항상 멈추려고 한다고 생각했다. 아리스토텔레스가 맞다고 가정하자. 그렇다면 물체의 운동에 변화가 없다면 외부에서 무엇인가가 물체에 작용해야 한다. 이 주장은 2000여년 동안 정설로 믿어져 왔다.
하지만 갈릴레이는 물체가 본질적으로 운동을 유지한다고 바라보았다. 다시 말해, 물체는 자신의 변화를 싫어한다. 변화를 싫어하는 본성을 관성이라고 한다. 그 결과, 갈릴레이의 관점에 의하면 만약에 물체의 운동이 변한다면 물체의 운동에 영향을 주는 무엇인가가 바깥에 있어야 한다. 그 '무엇'이 물체의 운동에 미치는 영향을 힘이라고 한다.

관성 관찰자

하지만 갈릴레이의 개념은 불완전했다. 한가지 간단한 사고실험을 생각해보자. "철수"가 물체를 바라본다고 생각해보자. 그리고 물체 바깥에는 아무것도 없다. 갈릴레이에 의하면 물체 바깥에 아무것도 없다면 운동에 변화를 주는 요인이 없으므로 운동은 항상 일정하다. 수학을 약간 사용해보자. 철수가 바라보는 물체의 속도를 ${\vec {v}}$라고 한다면, 일정한 운동을 ${\vec {v}}$의 시간에 대한 변화가 0이라고 표현한다. 다시 말해, 속도는 일정하다.

${\frac {d{\vec {v}}}{dt}}=0$

이번에는 철수로부터 일정한 속도 ${\vec {v_{0}}}$로 움직이는 "영희"를 생각해보자. 영희가 물체를 바라보는 속도를 ${\vec {u}}$라고 하자. 갈릴레이의 상대성은