특수상대성이론에서 응집물질물리학까지,
물리학 전 분야의 핵심 파헤치기
1부 The Fastest : 빛의 속도로 운동하면 무엇이 보일까
특수상대성이론의 기본 토대인 상대성 원리와 광속 불변의 원리를 소개한다. 이 두 가지 원리를 바탕으로 특수상대성이론의 모든 효과를 논리적으로 이끌어낼 수 있다. 그러나 특수상대성이론은 이상적인 상황에 대한 논리적 추론으로, 대부분 현실에는 적용되지 않는다. 유명한 사다리 역설, 재료의 성질에 대한 강체 역설, 시공간의 휘어짐을 보여주는 에렌페스트 역설, 쌍둥이 역설 등을 알아본다. 또한 1부에서는 빛의 속도에 이르기 위해 넘어야 할 기술적 걸림돌에 대해 알아보면서 공기역학에 관련한 지식을 실제 현상을 근거로 상세하게 소개한다.
2부 The Largest : 우주의 기원
2부에서는 공간의 크기와 시간의 길이를 극한으로 보내본다. 우리가 생각할 수 있는 최대 크기는 물론 우주이다. 우선 빅뱅이론에 근거해 우주의 탄생과 발전 과정, 우주의 미래에 대해 알아본다. 그리고 우주에 무엇이 있는지 알아본다. 항성, 행성, 위성, 혜성, 중성자별, 백색왜성, 적색왜성, 흑색왜성, 적색거성, 초신성 등 다양한 천체에 대해 정리하고 천체의 진화 방향을 결정하는 질량 등급에 대해 설명한다.
또 2부에서는 만유인력을 바탕으로 천체들의 상호작용을 해설하며, 뉴턴이 케플러와 갈릴레이 두 과학자의 도움으로 만유인력의 법칙을 정립한 과정을 소개한다.
3부 The Most Massive : 일반상대성원리
만유인력 법칙으로 설명할 수 없는 더 큰 차원의 공간과 시간을 설명하기 위해 아인슈타인의 일반상대성이론을 알아본다. 물리학 분야 전체에서도 ‘고고한’ 지위를 차지하고 있는 일반상대성이론의 천재적인 발견과 현대 우주학의 탄생을 알아본다. 일반상대성이론에 근거해 중력이 ‘힘’이 아니라 공간의 휘어짐에 따른 가속운동 효과라는 것을 알 수 있다. 중력파, 위성항법장치(GPS, 블랙홀에 대해서도 탐구해 본다.
4부 The Tiniest
