지은이□송은영

펴낸곳□부키

펴낸날□2010년 5월 25일

판형□신국판변형 (150*210)

쪽수□1권-256쪽 / 2권-264쪽

값□각권 11,000원

ISBN□978-89-6051-081-4 03420

ISBN□978-89-6051-082-1 03420

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아인슈타인의

생각 실험실 1

빛을 쫓아

특수상대성이론에 이르다

아인슈타인의

생각 실험실 2

엘리베이터에서 일반상대성이론을 만나다

도서 요약

□이 세상 모든 것은 더 이상 걷어낼 게 없을 때까지 최대한 단순하게 설명되어야 한다. 만약 당신이 간단하게 설명할 수 없다면, 당신은 그것을 충분히 이해하지 못한 것이다.□ 아인슈타인의 말이다.

『아인슈타인의 생각 실험실』은 특수상대성이론과 일반상대성이론을 아인슈타인의 말처럼 최대한 단순하고 간단하게 설명하려는 시도이다. 이 책은 울렁증을 일으키는 수학식은 가능한 한 줄이고, 약간의 물리 상식과 중학교 졸업생 수준의 수학 실력만 있으면 충분히 따라올 수 있는 설명을 지향한다.

또한 상대성이론의 정립을 둘러싸고 19세기 물리학계가 느껴야 했던 당혹감과 아인슈타인이 딜레마를 해결하는 과정의 짜릿함, 그 밖에 과학계의 재미난 에피소드들이 적절하게 어우러져 마치 한 편의 다큐멘터리를 보는 듯 흥미진진하다. 저자의 친절하고 차분한 설명을 따라가다 보면 독자들은 어느새 상대성이론이라고 하는 만만치 않은 과학 지식을 스스로의 힘으로 이해하는 경이로운 체험을 하게 될 것이다.

도서 상세 소개

* 『아인슈타인의 생각 실험실 1 : 빛을 쫓아 특수상대성이론에 이르다』

□상대성□이란 □절대성□의 반대이다. 따라서 상대성이론이란 간단히 말해 □시간과 공간은 절대적인 것이 아니며, 관측하는 입장에 따라 바뀐다.□는 것을 명확히 한 이론이다. 특수상대성이론에 따르면, 광속에 가까운 속도로 날아가는 우주선 안에서는 시간의 흐름이 느려진다. 달 표면에 있는 사람이 보면, 우주선 안의 시간이 천천히 흘러간다. 그렇다면 우주선 안에 있는 사람은 시간이 천천히 흐르는 것을 실감할까? 그렇지 않다. 시간이 느려진다는 것은 사람의 동작에서부터 원자 하나하나의 움직임에 이르기까지 모든 것의 속도가 느려짐을 뜻하기 때문이다. 즉 우주선 안에 있는 사람에게는 아무런 변화도 없다. 시간의 흐름이 느려지고 빨라지는 것은 다른 입장에 있는 사람과 비교했을 때만 의미를 가진다.

불가사의한 현상은 또 있다. 광속에 가까운 속도로 날아가는 우주선과 정지해 있는 우주선의 길이는 원래 같다. 그러나 날아가고 있는 우주선은 길이가 줄어든다. 광속에 가까운 속도로 날아가는 물체는 길이가 줄어든다. 즉, 시간이 느려지는 예와 마찬가지로 물체의 길이도 □상대적□이다. 또 하나 중요한 특수상대성이론의 효과가 있다. 그것은 광속에 가까운 속도로 날아가는 우주선의 질량이 커진다는 사실이다.

이처럼 1권 □빛을 쫓아 특수상대성이론에 이르다□에서는 아인슈타인의 창조적 사고를 중심축으로 놓고, 이론화하는 과정에서 참고했던 과학 이론과 과학자를 주변축으로 삼아 아인슈타인의 생각의 실타래를 놓치지 않는 데 중점을 두었다. 또한 이해를 돕는 그림들이 수록되어 있으며, 부록에 특수상대성이론에서 사용되는 여러 계산법 및 공식을 소개했다.

* 『아인슈타인의 생각 실험실 2 : 엘리베이터에서 일반상대성이론을 만나다』

일반상대성이론에 따르면 빛은 중력에 의해 휘어진다. 물체도 아니고 무게도 없는 빛이 중력에 의해 나아가는 코스가 바뀌는 것이다. 주의할 점은, 이 빛의 휘어짐은 진공에서도 일어나는데, 물속에서 일어나는 빛의 굴절과는 다르다는 사실이다. 빛이 휘는 것은 공간이 휘기 때문에 일어나는 현상이다. 중력은 시간의 흐름에도 영향을 끼친다. 중력에 의해 시간이 천천히 흐른다. 빛을 휘게 할 뿐만 아니라 삼켜 버릴 정도로 중력이 강한 블랙홀 근처에서는 시간이 거의 정지해 버린다. 우주선이 블랙홀 근처까지 날아가 잠시 머물렀다가 돌아오는 것을 생각해 보자. 머무는 장소를 잘 선택하면 여행자는 1년밖에 보내지 않았는데, 지구에서는 100년이 지나가는 일이 있을 수 있다.

이처럼 2권 □엘리베이터에서 일반상대성이론을 만나다□에서는 태양 주변에서 빛이 휜다는 사실은 곧 시공간이 휜다는 의미임을 설명하고, 이로부터 자연스레 유도되는 중력 렌즈 현상에 대해서도 자세히 소개한다. 또한 아인슈타인 편이 현상과 그것이 궁극적으로 맞닿게 되는 자연의 실체가 시간의 변화라는 사실을 상세히 설명하며 블랙홀이 필연일 수밖에 없는 이유, 화이트홀과 웜홀의 존재 가능성도 살펴본다.

★ 이 책들은 에피소드 출판사에서 2003년에 출간됐던 『사고뭉치 아인슈타인, 빛을 뒤쫓다』와 『사고뭉치 아인슈타인, 엘리베이터를 타다』를 새롭게 펴낸 것입니다.

□ 지은이 소개

송은영 (과학 전문 작가)

1964년 11월 서울에서 태어나 고려대학교 물리학과와 같은 대학원에서 원자핵 물리학을 전공했다. 1999년 제17회 한국 과학기술 도서상(저술 부문, 과학기술처 장관상)을 수상했고, 과학 전문 작가로서 열정적으로 작품 활동을 하고 있다.

지은 책으로 『과학자가 들려주는 과학 이야기』 시리즈 『Mr. 퐁 과학에 빠지다』 『프린키피아』(서울대 선정 인문고전 50선 중 27번) 『블랙홀 랑데부』 『과학 원리로 떠나는 창의력 여행』 『교과서 밖에서 배우는 재미있는 상식』 시리즈(물리 상식, 과학 상식, 수학 상식) 『원리를 알면 수학이 쉽다』 『과학 공부를 잘하는 7가지 방법』 『손에 잡히는 과학 교과서』(전기와 자기) 『과학 돋보기』 『역사 인물과 함께하는 교과서 원리 캠프』(물리) 『위대한 과학자』 시리즈(꿈꾸는 아인슈타인, 돌아온 갈릴레이, 못 말리는 뉴턴) 『24시 과학여행』 『이야기 속 물리여행』 등이 있다.

□ 1권 차례

머리말

1장   상대성이론의 매력

2장   상대와 절대

3장   빛이 낳은 딜레마

4장   특수상대성이론 탄생 전야

5장   특수상대성이론의 탄생

6장   특수상대성이론 들어가기

7장   4차원과 광속 저 너머

부록

아인슈타인의 생애

참고 도서

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□ 2권 차례

머리말

1장   미진한 아쉬움이 절실한 꿈으로

2장   우주선, 관성력 그리고 엘리베이터

3장   아인슈타인 엘리베이터와 등가원리

4장   힘겨웠지만 운이 따랐던 시기

5장   중력과 빛의 휨

6장   중력과 공간

7장   일식과 빛의 휨 측정

8장   중력렌즈

9장   아인슈타인 편이

10장   수성의 장미꽃형 궤도

부록

아인슈타인의 생애

참고 도서

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□ 본문 맛보기

아인슈타인이 즐긴 또 하나의 사고(思考) 실험은 이러한 것이었다. 사고 실험이란 현 상황에서 직접 실험하는 것이 여의치 않을 때 머릿속에서 과정을 그려 결과를 도출해 내는 실험이다.

사방이 막혀 있는 공간에 내가 있다.

공간은 한없이 드넓다.

나는 손거울을 들고 있다.

그러나 빛이 없기에 손거울은 내 모습을 비추어 주지 못한다.

갑자기 공간 한쪽에 밝은 빛이 나타난다.

빛이 생긴 덕에 내 모습이 손거울에 뚜렷하게 나타난다.

빛은 계속 광채를 강하게 내뿜고 있다.

빛으로부터 벗어나고 싶은 충동이 인다.

나는 손거울을 들고 힘차게 달린다.

나는 속도를 높인다.

손거울을 본다.

내 모습은 여전히 그 속에 또렷이 영상을 드리우고 있다.

나는 속도를 한껏 높여 이내 빛의 속도에 이른다.

나는 다시 손거울을 바라본다.

아니, 이런!

내 모습이?

내 모습이 어떻게 되었을까? 볼록해졌을까, 오목해졌을까? 아니면 여러 영상이 겹쳐 보일까? 이도 아니면…….

광속에 이르는 순간, 그 전까지 손거울에 비쳤던 아인슈타인의 모습은 일순간에 사라져 버린다. 이유는 간단하다.

거울에 아인슈타인의 모습이 비치기 위해서는 빛이 거울에 반사되어야 한다. 그러니까 아인슈타인의 얼굴을 비롯해 몸 곳곳을 때린 광선이 손거울에 반사되어야만 그의 모습이 손거울에 나타나는 것이다. 그런데 아인슈타인이 달리는 속도가 빛과 같아지면 빛은 더 이상 그를 앞지를 수 없다. 그러니 손거울에 아인슈타인의 모습이 반사되기는커녕 공간 한쪽에서 뒤늦게 뻗어 나온 광선은 그를 따라잡을 수조차 없다.

□ 1권 본문 31쪽 중에서

이와 비슷한 상황은 채플린(Charlie Chaplin, 1889-1977)과의 만남에서도 드러난다. 아인슈타인이 로스앤젤레스에서 채플린의 초대를 받아 무성영화 <가로등>의 시사회에 갔을 때였다. 그가 극장에 들어가려고 하는데 사람들이 극장 앞에 구름처럼 몰려와 아인슈타인과 채플린을 외치며 길을 터 줄 생각을 하지 않았다. 그날 채플린은 아인슈타인에게 이렇게 말했다.

□제가 대중에게 인기가 있는 건 사람들이 저를 이해하기 때문입니다. 그러나 아인슈타인 선생님이 대중적 인기를 누리는 건 그 누구도 당신을 이해하지 못하기 때문이지요.□

이렇듯 과학자로서 누릴 수 있는 온갖 영광과 영예를 한 몸에 받은 아인슈타인이었지만, 평화주의를 외쳤던 그에게 정치적 이해득실에 따라 뒤바뀌었던 인종적 문제는 벗기 어려운 멍에와도 같은 것이었다. 그는 이렇게 말했다.

□상대성이론으로 인해 저는 많은 사람들로부터 사랑을 받고 있습니다. 그러한 현재의 제 신분은 독일에서는 독일 학자로, 영국에선 유태계 스위스 학자로 간주되고 있습니다. 그러나 만약 운명이 지금과는 달리 저를 비참한 결과로 이끌었다면 저는 독일에선 유태계 학자로, 영국에선 독일 과학자로 취급받았을 겁니다.□

□ 2권 본문 163쪽 중에서