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상대성 이론 아는 척하기

난해하고 복잡했던 상대성 이론이 쉽게 이해되는

브루스 바셋 저/랄프 에드니 그림/정형채,최화정 역 | 팬덤북스 | 2022년 1월 13일 리뷰 총점 10.0 (1건)정보 더 보기/감추기

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분야: 자연과학 > 물리학

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#물리

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일어날 일은 일어난다

박권 저
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아는 만큼 보이는 세상 : 물리편

가와무라 야스후미 기획/송경원 역/김범준 감수
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불확실성의 시대

토비아스 휘터 저/배명자 역
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무엇이 우주를 삼키고 있는가

폴 데이비스 저/박초월 역

책 소개

시간과 공간의 조건 7뉴턴의 물리학 고전 법칙 8중력 법칙 10맥스웰의 전자기 이론 12고전물리학의 문제점 14원자의 수수께끼 15주요 미스터리 16현대 물리학의 배경 17결정적 사건 18운동의 시간 20로런츠 변환 22길이 수축의 효과 25시간 팽창 26뮤온 관찰하기 27에너지는 질량이다, 질량 에너지 28플랑크 상수, h와 양자효과 30양자물리학과 고전물리학 32디랙의 반물질 34마이컬슨-몰리 실험 35광속의 불변성 36동시성 문제 37시공간을 다르게 자르다 38일반상대성 이론의 필요성 39다른 관점 40난관을 넘어서 41가속 문제의 해결 42일반상대성 이론의 구성 요소 43무한 차원 44사고 실험 46무한과 위상 공간 48시공간 쪼개기 49시공간을 바라보는 방법 50동시성은 상대적이다 51아인슈타인의 과제 52무중력 53등가 원리 54중력 질량과 관성 질량 56뉴턴의 제1운동법칙의 확장 57수수께끼 60지름길 61공간꼴 지름길, 시간꼴 지름길, 영 지름길 62거리 찾기 64지름길과 메트릭 66메트릭을 찾는 방법 68메트릭은… 694차원 공간의 메트릭 72시공간 지름길 74시간을 포함하기 76용의 꼬리 78누락된 구성 요소 79용이 용의 꼬리를 물다 80텐서 81아인슈타인의 장방정식 84곡률의 유형 88 양의 곡률 90음의 곡률 92휘어진 공간의 삼각형 94양의 곡률을 가졌을 때… 95음의 곡률을 가졌을 때… 96내재적 곡률 97외재적 곡률 98수직 벡터 100공간 쪼개기 102시간과 공간 vs. 시공간 104자연에서 일반상대성 이론 시험하기 106빛의 휨 현상 108일식 110등가원리 한 번 더 살펴보기 112잘 검증된 이론 113블랙홀 114시간에 따라 변하는 가속도 116질량을 흔들다 118고무판 비유 120중력의 미세함 122별 응시하기 124간섭계 관찰 126중력파 간섭계는 어떻게 작동하는가 128간섭 무늬 130우주의 크기를 재다 132코페르니쿠스 원리 134장 방정식을 단순화하다 136‘FLRW’ 137우주는 정지해 있는가 아니면 팽창하고 있는가? 138우주의 운명 140임계 밀도 : 첫 번째 모델 141두 번째 모델 142세 번째 모델 143적색 편이 144아인슈타인의 정지한 우주 146가속하는 우주 148끝없는 팽창 150음압력 152암흑 물질 154일반상대성 이론을 넘어서 156우주배경복사 158추가 위성 탐사 160균질성 미스터리 161“골디락스” 팽창 비율 162평탄성 문제 164급팽창 상태 165아인슈타인 상수의 사용 166특이점 정리 168특이점 정리의 결과 170아인슈타인의 방정식의 무력화 172추가적인 차원 174초끈 이론 175아인슈타인의 꿈을 확장하다 176더 많은 차원을 더하다 177

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저자 소개 (4명)

저 : 브루스 바셋 (Bruce Bassett)

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케이프타운에서 웹 관련 회사를 경영했으며 미술을 공부했다. 옥스퍼드 대학과 트리스트의 국제고등연구소의 물리학과에서 교수를 지냈으며, 현재 우주 미스터리를 연구하면서 포츠머스 대학교의 우주론 및 중력 연구소에서 선임 강사로 일하고 있다. 30여 편의 연구 논문을 냈으며, 다정하지만 반항적인 박사 과정 및 박사 과정 후 학생들, 매우 똑똑한 동료 과학자들과 교류하며 세계를 여행하고 있다. 케이프타운에서 웹 관련 회사를 경영했으며 미술을 공부했다. 옥스퍼드 대학과 트리스트의 국제고등연구소의 물리학과에서 교수를 지냈으며, 현재 우주 미스터리를 연구하면서 포츠머스 대학교의 우주론 및 중력 연구소에서 선임 강사로 일하고 있다. 30여 편의 연구 논문을 냈으며, 다정하지만 반항적인 박사 과정 및 박사 과정 후 학생들, 매우 똑똑한 동료 과학자들과 교류하며 세계를 여행하고 있다.

그림 : 랄프 에드니 (Ralph Edney)

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수학을 공부했으며 교사, 언론인, 정치 풍자 만화가로 활동했다. 그는 두 권의 그래픽 소설의 저자이며 철학, 프랙탈, 시간 등을 다룬 책의 삽화를 그렸으며, 현재 영국에서 교육 기자재를 개발 및 생산하고 있으며, 취미활동으로 크리켓 게임을 즐기고 있다. 수학을 공부했으며 교사, 언론인, 정치 풍자 만화가로 활동했다. 그는 두 권의 그래픽 소설의 저자이며 철학, 프랙탈, 시간 등을 다룬 책의 삽화를 그렸으며, 현재 영국에서 교육 기자재를 개발 및 생산하고 있으며, 취미활동으로 크리켓 게임을 즐기고 있다.

역 : 정형채

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서울대학교 물리학과를 졸업하고 펜실베이니아대학교에서 이론물리학으로 이학박사 학위를 받았다. 메릴랜드대학교에서 박사 후 연구원을, 프린스턴대학교, 하버드대학교 등에서 방문 연구원을 역임했다. 현재 세종대학교 물리학과 교수로 재직하고 있다. 타일링 및 기하학, 준결정 및 광결정, 비평형 통계물리, 사회물리, 게임이론, 진화 동역학 등을 연구하고 있다. 서울대학교 물리학과를 졸업하고 펜실베이니아대학교에서 이론물리학으로 이학박사 학위를 받았다. 메릴랜드대학교에서 박사 후 연구원을, 프린스턴대학교, 하버드대학교 등에서 방문 연구원을 역임했다. 현재 세종대학교 물리학과 교수로 재직하고 있다. 타일링 및 기하학, 준결정 및 광결정, 비평형 통계물리, 사회물리, 게임이론, 진화 동역학 등을 연구하고 있다.

역 : 최화정

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서울대학교 수학교육과를 졸업하고 미국 템플대학교에서 수치해석으로 이학박사 학위를 받았다. 뉴욕대학교 쿠란트 수학연구소에서 박사 후 연구원을 지냈으며 숭실대학교 연구교수를 역임했다. 현재 청심국제중고등학교 교사로 재직하고 있다. 『전체를 보는 방법』, 『만화와 함께하는 즐거운 통계학』 등을 번역했고 『2009 개정교육과정 중등수학 교과서』 제작에 참여했다. 『수학사 아는 척하기』의 감수를 했다. 서울대학교 수학교육과를 졸업하고 미국 템플대학교에서 수치해석으로 이학박사 학위를 받았다. 뉴욕대학교 쿠란트 수학연구소에서 박사 후 연구원을 지냈으며 숭실대학교 연구교수를 역임했다. 현재 청심국제중고등학교 교사로 재직하고 있다. 『전체를 보는 방법』, 『만화와 함께하는 즐거운 통계학』 등을 번역했고 『2009 개정교육과정 중등수학 교과서』 제작에 참여했다. 『수학사 아는 척하기』의 감수를 했다.

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출판사 리뷰

아인슈타인의 상대성 이론의 기초가 된 뉴턴의 중력 법칙독일 철학자 임마누엘 칸트는 《순수이성비판》에서 지식의 결정적인 한계를 깊이 연구하면서, 시간과 공간이 우리 의식과 독립적으로 존재하지 않는다는 관점을 상세히 설명했다. 그럼에도 불구하고 아인슈타인이 나타나기 전까지 물리학자들을 지배하는 철학은 아이작 뉴턴에서 유래되었다. 뉴턴이 가장 위대한 물리학자이자 수학자라는 데 논란의 여지가 없다. 뉴턴은 광학에 상당한 기여를 했고, 운동 법칙 세 가지를 발견했으며, 라이프니츠와 무관하게 독립적으로 미적분학을 개발했다. 하지만 아인슈타인의 상대성 이론을 이해하는 측면에서는 뉴턴의 다른 업적보다 보편적 중력 법칙의 발견이 가장 중요하다. 뉴턴이 사과나무 아래에서 중력이라는 위대한 발견을 했다는 이야기는 유명하지만 사실이 아니다. 뉴턴의 중력 법칙의 중요성은 그 법칙이 여러 현상을 단 한 개의 이론으로 통합하여 설명한다는 데 있다. 한 개의 통합 이론을 찾는 이러한 탐색 과정은 20세기, 21세기 물리학을 이끄는 원동력이 되었다. 뉴턴은 자신의 이론에서 몇 가지를 당연하게 받아들였다. 니콜라스 코페르니쿠스 이래로 많은 과학자가 인정했듯이 뉴턴도 지구가 더 이상 우주의 중심이 아니라고 생각한 반면에, 시간과 공간은 근본적으로 다른 것이고, 둘 다 돌에 새겨진 것처럼 절대적이라고 가정했다. 하지만 이러한 시간과 공간이라는 명백하게 다른 두 개념을 통합하려는 아이디어는 아인슈타인에게서 나왔다. 아인슈타인 이전에 이론물리학은 상당히 큰 발전을 이뤘다. 특히 제임스 맥스웰은 자기와 전기를 통합하여 전자기학을 만들었다. 이러한 맥스웰의 전자기학 통합 이론은 뉴턴의 통합 이론과 개념적으로 비슷하다. 뉴턴도 사과에 작용하는 힘이 지구를 태양 주위의 궤도를 돌게 하는 힘과 같음을 깨달았다. 현대물리학의 배경아인슈타인이 1905년에 특수상대성 이론에 대한 설명을 출판했을 당시, 물리학계의 상황을 대강 알게 되었다. 아인슈타인 이론이 아무 것도 없는 진공상태에서 갑자기 생긴 것은 아니다. 그렇게 아인슈타인은 그의 발견에 맥락을 더해줄 수 있는 특별한 ‘지적 환경’을 만들어 내는 세계적인 사건들 속에서 나타났다. 그런 사건 가운데 하나는 ‘제1차 세계대전’이었다. 1901년 영국 빅토리아 여왕의 죽음은 상대적으로 안정된 시대가 끝나고 가속화된 혁신의 에너지가 폭발적으로 분출되는 20세기가 시작되었음을 알리는 신호탄이었다. 그 에너지와 혁신을 지금 ‘현대적’이라 부른다. 이 에너지의 힘을 보여준 사건이 제1차 세계대전이다. 두 번째 사건은 공산주의의 소비에트 연방을 세우게 한 1917년 러시아의 ‘10월 혁명’이었다. 공산주의와 그에 대한 미국과 서유럽의 저항은 20세기의 절반 동안 세계를 지배한 ‘냉전’ 무대를 마련했다. 이러한 기반에서 결국 1945년 히로시마와 나가사키에 떨어진 핵폭탄은 아인슈타인의 이론을 증명해주는 사건이 되었다. 아인슈타인의 상대성 이론 아인슈타인은 다른 사람들이 종종 무시하곤 했던 발견을 잘 활용하여 자신의 것으로 만들 수 있는 위대한 사색가이기도 했다. 그 단적인 예로 로런츠의 연구가 있다. 로런츠의 변환 공식을 통해서 아인슈타인은 특수상대성 이론의 통로를 발견하게 되었다. 특수상대성 이론의 놀라운 결과는 물체가 대략 초당 300,000km인 빛의 속력과 비슷하게 움직이면, 상대적 운동에 대해 통상적으로 우리가 가지고 있는 직관이 맞지 않음을 보여주었다는 것이다. 빛의 속력은 아인슈타인의 이론에서 관찰자의 속력과 상관없는 기본 상수가 된다. 아인슈타인의 유명한 공식은 E=mc²이다. 여기서 m은 ‘정지 질량’으로 물체가 정지해 있을 때 갖는 질량이다. 아인슈타인의 공식은 질량이 엄청난 양의 에너지로 바뀔 수 있음을 보여준다. 그런데 물체가 빠르게 움직이면 어떻게 되는가? 이 경우에는 물체는 운동 에너지도 갖게 된다. 그런 관점에서 이책은 이 책은 아인슈타인의 특수상대성 이론과 일반상대성 이론의 역사와 특징, 빛이 전하의 가속도의 세기에 따라 달라지는 에너지, 질량이 엄청난 양의 에너지로 바뀌는 원리, 광속이 지구의 운동에 따라 좌우되지 않는 이유, 추상적인 시공간을 시각화하는 방법, 중력장에서 자유 낙하는 사람은 왜 무중력 상태를 경험하는지, 같은 거리 같은 시간을 갔는데도 낮과 밤의 택시 미터기가 달라지는 이유, 같은 거리도 평평한 길과 휘어진 길 사이에서 차이가 나는 원리, 유클리드 기하학과 지구의 휘어진 표면의 상관관계, 관찰자에 따라 시공간의 분할이 상대적일 수 있는 이유, 블랙홀이 빛마저도 빨아들이는 이유, 우주의 크기를 어떻게 잴 수 있는지 등에 대한 물리학과 천문학의 이론이 만화와 그림으로 알기 쉽게 풀어냈다.

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