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우주의 가장 위대한 생각들: 공간, 시간, 운동

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품목정보

품목정보
발행일 2024년 01월 19일
쪽수, 무게, 크기 412쪽 | 728g | 153*225*25mm
ISBN13 9791166892028
ISBN10 1166892026

이 상품의 태그

우주의 가장 위대한 생각들: 공간, 시간, 운동

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물리학자들에게 보존은 ‘시간이 지나도 일정한 것’을 의미합니다. 예를 들어 에너지가 보존된다는 이야기를 들은 적이 있을 것입니다. 에너지는 물이나 먼지와 같은 물질의 일종이 아닙니다. 에너지는 대상이 가진 성질로, 대상이 무엇이냐, 대상이 어떤 상황에 있느냐에 따라 달라집니다. 한 장소에서 다른 장소로 이동하는 ‘에너지 유체’라는 것은 없습니다. 단순히 위치와 속도와 다른 성질들을 가진 대상들이 존재하며, 우리는 이런 사실들 때문에 이들을 특정한 에너지 크기와 관련지을 수 있습니다.
--- p.21, 「1 보존」 중에서

고전역학에 대한 라플라스의 패러다임에 따르면, 한 물체의 현재 위치와 속도를 알고 있고 이 물체에 영향을 미치는 이 물체와 관련된 다른 모든 물체의 위치와 속도 역시 알고 있다면, 이 물체의 미래를 결정할 수 있습니다. 그러고 나서 이 물체에 작용하는 힘들이 무엇인지를 찾아낼 수 있으며, 뉴턴의 제2법칙으로부터 물체의 가속도를 구할 수 있습니다. 이상의 내용을 염두에 두고 이 물체의 궤적을 알아내려면 어떻게 해야 할까요? 속도가 위치의 변화율이고 가속도가 속도의 변화율이라면, 위치와 속도가 어떻게 시간에 따라 달라졌는지를 결정하기 위해 누적 변화량을 모두 더해주어야 합니다.
--- p.73, 「2 변화」 중에서

변화가 완전히 일반적인 개념인 반면, 동역학은 구체적으로 물리학 방정식들을 따르는 변화에만 관계된다는 것이 그 차이입니다. 특정한 물리계의 성질들을 들여다보고 고전역학이 이들의 행동을 어떻게 설명하는지 볼 것입니다. 운동에너지와 퍼텐셜에너지에 관해 생각해보고 다른 물체들의 동역학과 관계된 흥미로운 사실들을 알아내고자 합니다. 이 방법은 궁극적으로 계의 역사 전체를 고려하는 전역적 관점에서 역학을 재구성합니다. 이런 놀라운 아이디어를 ‘최소 작용의 원리principle of least action’라고 부릅니다.
--- p.87, 「3 동역학」 중에서

오늘날 물리학자들 대부분은 몇 가지 이유로 공간 자체를 하나의 사물로 취급하는 뉴턴의 편에 서 있습니다. 첫째로, 물체들 사이의 공간이 비어 있지 않다는 것입니다. 공간은 여러 종류의 장들로 차 있습니다. 둘째로, (시공간의 일부인) 공간은 자체적인 삶을 가지고 있습니다. 8장에서 논의하겠지만, 아인슈타인은 공간의 기하학이 에너지에 대응하며 또 시간에 따라 변화할 수 있다는 것을 보여주었습니다. 그러나 우리는 아직 최종적인 답에 이르지 못했습니다.
--- p.132, 「4 공간」 중에서

중요한 것은 우리가 관측한 우주가 낮은 엔트로피 상태에서 출발했고, 이후 엔트로피가 계속해서 증가해왔다는 것입니다. 이것이 시간의 방향이 생긴 최종적인 원인입니다. 우리가 지구에 살고 있어 공간의 화살이 가까이에 존재하는 것처럼, (솔직히 말해) 우리가 빅뱅 가까이에서 살고 있기 때문에, 시간의 화살이 존재합니다.
공평하게 말해서, 설명해야 할 것이 아직 많이 남아 있습니다. 시간의 화살은 기억, 인과율, 노화 등등 여러 방식으로 자신을 드러냅니다. 우리는 시간의 화살이 궁극적으로 이런 모든 방향적 측면의 기초가 된다는 아이디어를 가지고 지금까지 ‘열역학적’ 시간의 화살에 관해 이야기했습니다. 그러나 이것을 증명하기 위해 조심하지는 않았습니다. 이런 주제들은 연구 수준에서도 여전히 풀리지 않은 질문들입니다.
--- p.190, 「5 시간」 중에서

공간과 시간은 독립적인 정체성을 가지고 있으며, 누구도 공간과 시간을 하나로 묶은 적이 없었습니다. 이들을 묶은 것은 20세기 초 등장한 상대성이론이며, 상대성이론은 시공간에 관해 이야기하는 것을 피할 수 없었습니다. 상대성이론에서는 공간과 시간이 분리된 객관적인 의미를 가진 존재라는 주장이 더 이상 옳지 않습니다. 실제로 존재하는 것은 시공간이며, 우리가 시공간을 공간과 시간으로 분리하는 것은 단지 유용한 인간적 관습에 지나지 않습니다.
--- p.199, 「6 시공간」 중에서

우리는 (유클리드의 ‘평평한’ 면과 대비하기 위해) 쌍곡면이라고 부르기도 하는, 일정한 음의 곡률을 가진 2차원 공간의 기하학적 성질들을 암시하는 공리들의 집합을 기술할 수 있습니다. 우리는 이 기하학 체계 안에서 정리를 증명할 수도, 원의 둘레와 원이 둘러싼 면적에 관한 공식을 유도할 수도, 우리가 생각할 수 있는 다른 기하학적 질문에 대해서 답을 할 수도 있습니다. 우리가 사는 공간 속에 내장된 2차원 공간과 같은 공간을 그냥 만들 수는 없습니다. 정확한 쌍곡면은 우리 마음속에만 존재합니다.
--- p.256, 「7 기하학」 중에서

입자물리학자들은 자연에 존재하는 네 가지 힘에 관해 이야기하곤 하는데, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력과 함께 중력이 이들 힘에 포함됩니다. 그러나 중력은 정확히 보편적인 힘이기 때문에, 중력은 이들과는 다른 종류의 힘입니다. 물체가 가진 전하에 따라 다른 영향을 미치는 힘들과는 달리 중력은 모든 것에 같은 방식으로 영향을 미칩니다. 이 때문에 힘을 시공간에서 전파되는 것이 아니라 시공간 자체의 성질로 생각하는 사고의 전환이 가능합니다.
--- p.303-304, 「8 중력」 중에서

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“뉴턴의 고전역학에서 아인슈타인의 일반상대론까지, 진자의 운동에서 블랙홀의 사건의 지평선까지. 이 모두를 설명하는 대중과학책은 불가능하다고 믿었다. 이 책을 펼치기 전까지는. 수학의 언어로 표현되는 고전물리의 근본 원리를 저자보다 더 잘 설명할 수는 없을 것이다. 시공간과 물체의 운동을 물리학자처럼 이해하고자 하는 모든 사람에게 이 책을 추천한다.”
- 김범준 (《세상물정의 물리학》 저자, 성균관대학교 물리학과 교수)
“지극히 단순하고 핵심적이다. 숀 캐럴과 같은 사상가만이 그 난해한 아인슈타인의 일반상대성이론을 이렇게 명쾌하고 확실하게 안내할 수 있다.”
- 카를로 로벨리 (《시간은 흐르지 않는다》 저자)
“‘우주의 가장 위대한 생각들’ 시리즈의 세 권 중 첫 번째인 이 책에서 저자는 물리학에 대해 사람들이 항상 혼란스러워하는 부분을 친절하게 설명하며 깨달음과 궁극적으로 경이로움을 느낄 수 있도록 안내한다.”
- 스티븐 스트로가츠 (《미적분의 힘》 저자)
“물리학의 전통적인 엘리트주의를 거부한 이 책은 대수학에 그리 능숙하지 않지만 우주 전체를 이해하고자 하는 모든 사람을 환영한다. 물리학이 일상의 가십거리가 되는 세상을 꿈꾸는 저자는 이 책에서 우주의 가장 큰 생각들을 이해하는 데 필요한 도구들을 제공하며 그 꿈을 실현하고자 했다.”
- 찬다 프레스코드와인스타인 (《나의 사랑스럽고 불평등한 코스모스》저자)
“불가능하다고 생각한 대중 과학과 전문 물리학자의 수학적 세계를 잇는 교각과 같은 책.”
- 브라이언 클레그 (《그림으로 보는 모든 순간의 과학》 저자)
“물리학자들이 실제로 생각하는 것의 바탕에 있는 수학적 이론을 설명하는 이 시리즈는 물리학자와 비전문가의 큰 간격을 메울 것이며, 이 첫 번째 책이 그 역할을 훌륭하게 수행할 것이다.”
- 필립 볼 (《자연의 패턴》의 저자)
“이 책은 이상화만을 강조하는 대중 서적과 방정식만을 훈련시키는 과학 교과서의 간극을 매우는 21세기판 상대성이론 안내서이다. 보통 사람을 위한 완벽한 가이드북이다.”
- 존 그리빈 (서섹스대학교 이론물리학 명예교수)

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