시작하며
제1장 상대성이론
01 아인슈타인이 등장하기 전 물리학은 어땠을까?
02 17세기 이후의 상식이 흔들리기 시작했다?
03 양자론은 어떻게 탄생했을까?
04 상대성이론은 어떤 학문일까?
제2장 상대성원리의 기초
01 ‘갈릴레이의 상대성원리’란 무엇일까?
02 등속 직선 운동에서는 어떤 일이 벌어질까?
03 가속도가 작용하면 물체는 어떻게 될까?
제3장 광속 불변의 원리
01 ‘빛’이란 무엇일까?
02 빛의 속도는 항상 같을까?
03 빛을 전하는 물질은 무엇일까?
04 빛의 속도는 어떻게 측정했을까?
05 빛보다 빠른 물질이 존재할까?
제4장 광속에서의 시간 지연
01 시간의 속도는 모두 같을까?
02 광속으로 이동하면 나이를 천천히 먹을까?
03 광속으로 이동할 때 시간은 얼마나 느려질까?
04 시간이 얼마나 느린지를 나타내는 지표가 있을까?
05 시간 지연과 상대성이론의 관계는?
06 쌍둥이 역설이 실제 일어났다고?
제5장 광속에서의 길이 수축
01 빛의 속도로 날면 우주선 길이가 줄어들까?
02 속도가 빨라지면 길이는 왜 줄어들까?
03 빛에 가까운 속도에서는 물체 사이의 거리도 줄어들까?
04 광속에서 속도를 더하면 어떻게 될까?
제6장 에너지와 질량은 같다
01 질량과 중량은 어떻게 다를까?
02 광속에 가까워지면 질량이 커질까?
03 에너지와 질량은 어떤 관계가 있을까?
04 질량과 에너지는 같을까?
05 아인슈타인의 방정식 ‘E = mc2’은 어떤 내용일까?
06 입자가 쌍으로 생기거나 사라진다고?
제7장 중력과 시공간의 휨
01 ‘질량’과 ‘중력’은 어떻게 다를까?
02 평행선은 서로 만날 수 있을까?
03 중력이 공간을 휘게 할 수 있을까?
04 중력은 빛을 휘어지게 할까?
05 중력 작용이 사진에 찍혔다고?
06 ‘아인슈타인의 마지막 과제’란 무엇일까?
제8장 입자성과 파동성
01 빛
상대성이론, 이 정도만 알면 상식이 된다
세상에는 유클리드의 ‘기하학’을 비롯해 ‘자연철학의 수학적 원리’, ‘전자기학’, ‘열역학’, ‘양자론’ 등 대이론이라 불리는 몇 가지 이론이 있다. 그런데 어찌나 난해한지 우열을 가리기 힘들 정도다. 그중에서도 상대성이론은 특히 어려운 분야로 여겨진다. 왜 그럴까? 우리는 평소 뉴턴의 ‘절대 좌표’와 ‘절대 시간’이 감각적으로 몸에 배어 있다. 길이는 어디서 재든 같으며, 시간은 장소 불문하고 같은 속도로 흘러간다고 생각한다. 그러나 상대성이론에서는 ‘속도가 아주 빨라지면 시간이 느려진다’와 같이 상식에 어긋난 이론을 예측한다.
이 책은 인류 역사상 가장 유명한 물리학자 중 한 명인 아인슈타인의 상대성이론을 알기 쉽게 풀어 써 미적분으로부터 도망친 문과 수포자들도 흥미진진하게 읽을 수 있도록 했다.
일상과 동떨어져 우주의 탄생과 소멸같이 거대한 주제를 다루는 어려운 물리학 이론 중 하나로만 여겨왔던 상대성이론은 뜻밖에도 우주 관측에 사용되는 입자가속기 등 천문학 관련 분야뿐만 아니라 시간과 공간을 정밀하게 측정해야 하는 우리 삶의 모든 영역에 영향력을 미치고 있다. 스마트폰 지도 기능과 자동차 내비게이션은 상대성이론을 반영한 보정이 없다면 오차가 너무 커서 아무짝에도 쓸모없는 물건이 되었을 것이다. 또한 상대성이론을 설명하는 방정식 중 하나인 중력장 방정식을 통해 블랙홀의 존재를 밝혀내기도 했다.
필자는 상대성이론처럼 방대하고 난해한 대이론을 읽어나가기 위해서는 역설적이게도 이해하려는 생각부터 버리는 것이 좋다고 제안한다. 그저 편안하게 쭉쭉 읽어보라는 것이다. 읽다 보면 ‘믿기 힘든 사실’이 머리에 남는다. 끝까지 완독했다면 기억이 생생할 때 다시 한 번 읽어보자. 그러면 처음에 믿기 힘들었던 부분이 ‘음, 그럴 수도 있겠다’ 하며 다가온다. 상대성이론은 조금만 이해해도 흥미롭게 다가온다. 우주를 무대로 빛을 타고 돌아다니며 시간을 초월해 비약한다.
현대과학은 138억 년 전 일어난
