서문
이 책의 사연과 읽는 방법
시작하는 글 _ 빛은 정해진 속도로 움직인다
에피소드 I _ 시간은 상대적이다
에피소드 II _ 움직임에 따라 길이가 수축하는 동시성도 마찬가지다
에피소드 III _ 이것은 매우 특정한 어떤 양으로 작용한다
에피소드 IV _ 그로 인해 에너지와 질량의 등가원리가 밝혀졌다
보너스 코너 _ 닭이 먼저인가, 달걀이 먼저인가?
괴짜를 위한 노트 _ 회의적인 상대주의자를 위하여
빛의 속도만큼 짜릿하게 격파하는 상대성이론
“빛은 정해진 속도로 날아가며, 결코 느려지거나 빨라지지 않는다. 속도가 빨라지면 시간이 느리게 흐르고, 길이는 수축한다. 동시에 일어나는 사건도 관찰자의 상태에 따라 상대적이다.”
이 말은 상대성이론을 응축한 말이자 이 책에서 하는 이야기의 핵심이다. 이 책은 상대성이론, 그중에서도 특히 특수상대성이론의 3가지 주요 효과인 ‘시간 팽창’, ‘동시성의 상대성’, ‘길이 수축’을 중점적으로 설명한다.
상대성이론은 “균일한 직선운동을 동시에 표기하는 두 좌표계”에서 일어나는 일에 대한 이론물리학적 해석이다. 상대성이론을 제대로 이해하려면 “공간과 시간, 물질에 관해 생각해왔던 방식을 근본적으로 바꿔야” 한다. 우리가 직관적？관념적으로 가지고 있던 세계에 대한 이미지를 바꿔야 한다. 마찬가지로 이 책을 이해하기 위해서도 생각을 완전히 바꿔야 한다.
이 책에 등장하는 열차는 어떠한 가속도, 감속도 하지 않는다. 완전한 등속 직선운동을 한다. 주변에 속도를 비교할 어떤 것도 없다. 미세한 진동도 저항도 없다. 이 열차 위 탑승객에게는 열차가 완전히 정차해 있는 듯 느껴질 것이다. 밋밋하고 심심하기만 할 것 같은 열차 여행은 페이지를 넘기는 순간 세상에서 가장 어질어질하고 아찔할 여행이 될 것이다. 독자들은 어쩌면 책을 읽으며 ‘뭔가 이상한 일이 생겼어’, ‘무언가를 놓쳤을 거야’ 혹은 ‘어쨌든 이 책은 말도 안 되는 책이야’ 하고 생각할 수 있다. 하지만, 이상한 일은 생기지 않았고, 놓친 것은 없으며, 말이 된다.
속도가 빠르면 시간이 늘어나고 공간이 줄어든다고?
광속불변의 법칙이 만드는 시간 팽창, 동시성의 상대성, 길이 수축
100km/h로 달리는 차 A 옆에 100km/h로 나란히 달리는 차 B가 있으면, A의 관점에서 B는 정지 상태로 보인다. 반면에 B가 맞은편에서 100km/h로 달려오면 A의 관점에서 B는 200km/h로 다가오는 것처럼 보인다. 이것이 기본적인 ‘갈릴레오 상대성’, 즉
