처음 [아인슈타인의 생각실험실2]를 받아 들고 잠시 고민에 빠졌다. 1,2권을 다 보내 주어야 하는데 2권만 온 것은 아닐까 하는 생각도 들었고, 1권을 보지 않은 상태에서 2권을 읽는다고 이해가 될까 하는 생각도 들었기 때문이다. 또한 수없이 많이 나와있는 아인슈타인의 전기나 상대성이론에 관한 책들의 목록에 단지 하나를 더하는 것은 아닐까 하는 생각도 들었다. 그러나 책을 펼쳐 든 순간, 그것은 한낱 기우에 불과했음을 알기까지 그리 오랜 시간을 필요로 하지도 않았다.

저자는 아인슈타인의 상대성이론은 인간의 창의적 생각이 얼마나 넓고 깊은지를 보여주는 思考실험의 극치라고 표현하고 있다. 특수상대성이론이 그러한 사고의 출발이라면 일반상대성이론은 완전무결한 결정판이라고 한다. [아인슈타인의 생각실험실1]은 그러한 출발점인 특수상대성이론에 대해서 쓴것이고, 이책 [아인슈타인의 생각실험실2]는 일반상대성이론을 정립하기까지의 사고의 과정을 보여주는 책이다.

특수상대성이론은 일전에 ‘데이비드 보더니스’가 쓴 [E=mc²]을 통하여 맛본바 있다. 데이비드는 그의 책에서 E와 m과c에 대하여 설명을 함으로써 E=mc²으로 표현되는 특수상대성이론을 우리에게 알려준다. 그러나 이 책을 읽고서, 너무나 쉽게 설명된 일반상대성이론을 대하고 나니, 조만간 [아인슈타인의 생각실험실1]편을 읽어야겠다는 생각이 드는 것은 어쩔 수가 없다.

저자는 아인슈타인이 등속의 상황에서만 야기되는 특수상대성이론을 발표하고 나서, 그것을 일반화하여 확장시키기 까지 얼마나 많은 사고를 하였는지에 대하여 이야기 한다. 특수상대성이론은 그것의 기본원리를 구축하고 5주 만에 완성하였으나, 일반상대성이론은 이론의 핵심인 등가원리(가속도 = 관성력 = 중력)의 착상을 이끌어내고도 10년이 지난 후에 완성한 것을 들어 저자는 아인슈타인의 思考가 얼마나 치열하고, 깊고, 넓은지에 대해 말하고 있다.

상대성이론의 일반화란 등속운동을 뛰어 넘어, 가속운동까지 포함하는 것을 의미한다. 그것은 우리가 지금도 사용하고 있는 유클리드 기하학(공리가 성립하는 기하학)으로는 일반화가 가능하지 않음을 알게 된 아인슈타인은 휜 공간의 구조에 관한 이론인 텐서이론에 대하여 독학으로 공부 했다고 한다. 텐서이론은 현대 수학에서도 가장 어려운 분야 중 하나라고 한단다.

저자는 이 책에서 엘리베이터를 실험실화하여 그것의 상하운동 속에서 아인슈타인이 사고했던 과정을 쫓아 우리에게 중력과 관성력에 대하여 알려주고 있다. 또한 아인슈타인이 상대성이론을 일반화 하면서, 우리에게 보여준 세가지 현상을 통하여 설명하고 있다.

첫 번째는 태양주변에서 일어나는 빛의 휨 현상이다. 아인슈타인은 그의 이론을 일반화하기 위하여 뉴턴의 만유인력의 법칙에 의문을 가지는 것으로부터 시작한다. 달이 지구에서 벗어나지 않고 일정한 거리를 유지하며 지구주위를 공전하는 이유를 뉴턴은 만유인력과 관성력으로 설명하지만, 아인슈타인은 관성력은 가상의 힘이며, 또 이 힘이 왜 중력의 반대방향으로만 작용하는지에 대한 회의에서 등가원리를 이용하여 빛은 중력장에서 휜다는 것, 다시 말하여 중력은 빛을 휘게 만든다는 사실을 알아낸다. 그리하여 달이 지구주위를 공전하는 이유가 중력을 가진 물질은 공간을 휘게 만들고, 또한 그 물질은 휘어진 공간을 따라 최소경로법칙을 따르기 때문이라고 설명한다.

빛의 휨 현상이 의미하는 가치는 뉴턴 물리학의 이론이 사실인가 아닌가 하는 문제에 있다고 한다. 뉴턴 물리학의 두 축은 절대개념과 시공간개념인바, 절대개념은 특수상대성이론에 의해 무너지고, 시공간개념은 일반상대성이론에 의해 무너지게 된다. 즉, 뉴턴의 공간은 평평하지만, 아인슈타인의 공간은 휘어져있다. 그럼에도 우리가 현재 뉴턴의 중력법칙을 배우는 이유는 그것이 엄밀한 이론이 아닐지라도, 우리가 일상에서 접하는 현상을 해석하는 정도는 굳이 상대성이론을 사용할 필요가 없기 때문이라고 한다. 그러나 중력에 따른 빛의 휨 현상이 내포하는 진정한 가치는 중력렌즈현상으로 아인슈타인은 비록 예측하지 못했지만 우주공간에 암흑물질의 존재를 암시하며, 이 암흑물질은 우주의 미래를 예측할 수 있는 단서를 제공할 수 있다는 것 이라고 한다.

두 번째는 아인슈타인의 편이라고 불리는 적색편이로써, 관측자의 운동상태에 따라 마주하는 빛의 색깔이 달리 보이는 현상이다. 빛의 파장이 길어지면 진동수가 줄어든다. 이는 파장이 스펙트럼상 붉은 쪽에 치우쳤음을 의미한다. 중력장이 존재하는 곳에서는 항상 이 적색편이가 나타난다. 그런데 우리는 빛을 통하여 사물과 자연현상을 인지하고 확인하기 때문에 빛의 파장이 길어 진다는 것, 그것은 우리가 사물을 인지하는 시간이 느려지는 것을 의미한다. 그렇다면 중력장의 세기가 무한히 강한 천체는 스펙트럼상 적색을 넘어서서 보이지 않게 되고, 그 속에서는 시간이 정지한다는 말과 같다. 우주에 블랙홀의 존재를 암시하는 것 이기도 하다. 일반상대성이론이 처음 발표되었을 때, 이것은 완전히 부정적이었지만 지금은 의심의 여지가 없는 사실로 인정되고 있다고 한다.

마지막으로 수성의 장미꽃형 궤도로 수성의 근일점 이동에 관한 현상이다. 이것은 수성의 공전궤도가 조금씩 변하여 장미꽃형 궤도를 그리는 것으로 뉴턴의 만유인력의 법칙으로 설명하지 못하던 것을 아인슈타인은 상대성이론의 확장으로 설명해내었다고 한다.

저자는 이 책이 상대성이론을 충분히 이해하고자 하는 사람, 사고유희의 전형이 무엇인지 맛보고자 하는 사람을 위한 책 이라고 말한다. 가만히 생각해보면 우리가 학교 다닐 때 배운 상대성이론은 어렵기만 한 것이었다. 그리고 정작 알고 있는 것은 E=mc²으로 표현되는 특수상대성이론의 공식에 불과하다. 이 책을 읽으면서 상대성이론에 대한 것, 그리고 그것이 의미하는 것을 조금이나마 알게 된 것 같다. 한가지 흠이 있다면 특수상대성이론에 관한 [아인슈타인의 생각실험실1]을 먼저 읽지 않은 것이 생각하는데 조금은 벽으로 다가온다. 자연과학을 이렇게 유쾌하게 배울 수 있다는 것이, 그리고 思考를 통하여 이론을 이렇게 확장할 수 있다는 것이 경이롭기만 하다.

 이 책을 읽으면, ‘어떻게’가 아니라 ‘왜?’를 가르쳐 주는 좋은 책이다. 시험 문제에서 엘리베이터가 올라갈 때, 몸무게가 증가하는가 감소하는가에 대한 문제를 수십 번을 풀었지만, 풀 당시에만 잠깐 엘리베이터의 가속에 대해 생각했을 뿐 사실 그 문제가 어디에서 나온 건지도 모르고 있었다. 개인적으로 내 과학성적이 썩 좋지 않았던 문제도 있었겠지만, 어쨌든 이과를 나오고 공대까지 들어가긴 했었다. 이 책을 읽으면서, 고등학교를 마치고 10년이 다 되어가는 지금에야 엘리베이터가 상대성 이론을 설명하기 위해 나온 것이었구나 싶었다. 문제에 답을 맞추면 뭐하나, 왜 그런 문제가 나왔는지도 모르는데.

이 책에서는 그런 단편적인 과학적인 현상들을 묶어서, 아인슈타인의 이론이 의미하는 바를 전체적으로 조망해 준다. 엘리베이터는 왜 나왔고, 블랙홀은 어디서 튀어나왔으며, 도대체 중력과 속도가 에너지에 어떤 영향을 끼치는지를 그림과 사진을 통해 설명해 준다. 아인슈타인의 이론은 뉴턴식 세계에 익숙했던 우리에게 입체적인 사고를 요구한다. 중력이 있고, 그것이 지면에 수직하여 작용하긴 하지만 지구라는 거대한 구를 통해 보면, 중력도 구로 작용하기 마련이다. 또한 지구라는 구는 태양과 기타 천체들에 서로 영향을 주고 받으며, 거대한 왜곡을 가지고 온다. 심지어 빛조차 우주공간을 지나면서 왜곡되어, 우리가 지구에서 올려다 보고 있는 각각의 반짝임이 모두 실재한다고 볼 수 없다는 것을 아인슈타인은 증명해 냈다.

코페르니쿠스가 ‘그래도 지구는 돈다’라며 세상의 위치를 지구에서 태양으로 바꾸어 놓으면서, 평평한 땅에 불구했던 우리의 세계관이 우주를 받아 들이게 되었다. 그리고 아인슈타인은 우리에게 시간과 공간을 새롭게 바라볼 수 있는 이론을 만들었다. 우리가 인식하고 받아들일 수 있는 세계를 물리적으로 확장시킨 것이다. 하지만 아인슈타인의 이론은 눈에 보이는 것을 그대로 믿지 못하게 한다. 시간이 모두에게 똑같이 흐르는 것이 아니며, 빛이 일직선으로 나아가는 것이 아니라는 것을 자연스럽게 받아들이기 위해서는 우리에게 좀 더 시간이 필요할 것처럼 보인다. 다만, 우리는 그의 이론과 그를 풀이한 해석을 통해 이런 식의 세계를 아인슈타인이 봤었구나 라고 가정을 할 다름이다.

이 책에서는 아인슈타인의 세계에 대해 비교적 이해하기 쉽게 풀이하고, 풍부한 예를 들어주며 혹시나 중간에 우리가 책을 덮고 뛰쳐나갈까, 그림예제의 비율을 높이고 글자체에도 꽤 신경을 써 공들인 편집을 보여준다. 사실 어떤 책이든 제일 중요한 것은 끝까지 읽는 것이다. 등속운동과 가속도 운동에 대한 기본 개념이 있으면 좀 더 읽기 편하겠지만, 모른 채 개념만 받아들여도 읽기에 괜찮은 책으로 중학생부터 성인까지 두루두루 권하고 싶은 책이다. 과학이라면 치를 떠는 인문학도 들에게도, 미래에 대한 ‘만약’의 가정들을 어떻게 적용할지에 대해 문학적으로 고찰하기에 나쁘지 않은 책이라 본다.

채플린이 아인슈타인에게 다음과 같이 말했듯이 우리는 아인슈타인이 죽은 지 50년이 지난 지금도 그에 대해 이해하고 있는 중이다. “제가 대중에게 인기가 있는 건 사람들이 저를 이해하기 때문입니다. 그러나 아인슈타인 선생님이 대중적 인기를 누리는 건 그 누구도 당신을 이해하지 못하기 때문이지요.” 하지만 멀지 않아 우리도 지구는 태양을 중심으로 돌고 있다라고 말하는 것처럼, 시간이 속도와 중력에 따라 다르게 흘러가는 것도 공간이 왜곡되는 것도, 하나의 별이 여러 개의 반짝임을 가지는 것에 대해서도 당연하게 말할 날이 올 것이다. 이미 몇 명은 분명하게 이 현상을 바라보고 있고. 이 책의 저자부터 시작해서 말이다.

아인슈타인은 이미 어릴적 부터 많이 책으로 읽어보면서 알게 되었던 세기의 과학자이기에 그의 이름을 모르는 사람은 아무도 없을거라고 봅니다. 하지만 아인슈타인의 상대성 이론을 이렇게 새로운 각도로 다시 한번 되짚어 보는 시간은 정말 지금까지 읽어온 책들과는 사뭇 다른 느낌으로 다가오는것 같습니다. 아인슈타인의 상대성 이론을 통해서 바라보는 내용들로 인해 엘리베이터 안에서 일반 상대성 이론을 만나보게하는 실험이 이어지는 이 책은 그대로 읽어가면서 이해를 돕는것입니다.자칫 어려울수있는 내용이지만 상세한 그림과 실험의 진행을 설명해 주고 있어서 그런지 그래도 차분하게 읽다보면 어느새 이해가 되는 것 같습니다. 글로만 설명이 되어 있는 것 보다 그림으로 먼저 이해를 구하고 읽는 편이 훨씬 이해도가 높을거라고 봅니다.

천재적인 감각을 가지고 있는 아인슈타인을 생각하면서 그의 발자취를 따라가 보는 시간이었던것 같습니다.아인슈타인이 말하는 엘리베이터와등가원리 역시도 꽤나 어려운 내용을 담고 있지만 사고 실험을 통해서 우리가 바라보는 것이 한층 편안해 지고 쉽게 느껴지는 부분입니다.중력이 없어도 발이 붙어 있는 엘리베이터에서의 실험은 아인슈타인에게 있어서는 새롭고 또 위대한 결과를 불어옵니다.엘리베이터의 가속은 관성력을 발생시킨다고 하고 또 그 관성력은 다시 동등한 세기의 중력으로 이어진다고 하니 참 대단한 분석인것 같습니다. 이것이 바로 등가원리인 것입니다. 

중력과 빛의 힘을 알아보는 아인슈타인은 뉴턴과의 시기적 배경과 함께 비교해 보는 시간도 가집니다. 아인슈타인이 등장하기 전에 뉴턴의 이야기들도 살짝 들어봅니다 뉴턴의 물리학에 아무도 이의를 제기하지 못하던 시기에 아인슈타인은 과연 어떤 일을 했을까요?사고 실험을 통해서 그가 어떤 회의를 가지고 있는지에 대해서도 알아보았습니다.만유인력과 원심력에 대한 내용들을 그림과 함게 보면서 차분하게 알아보는 시간을 가졌습니다.

이렇게 참 천재적인 생각들을 가지고 있었던 아인슈타인을 보면서 우리도 무엇이든 생각을 깊이 해 본다면 생활 곳곳 그리고 모든 일에 있어서 분명 참된 길을 실수하지 않고 잘 따라갈수 있을거라 생각해 보았습니다. 무엇이든 알아내고자 연구하고 고민하고 또 노력하는 모습을 충분히 배워야 할것 같습니다 그리고 앞으로도 더 많은 이야기들을 자주 접해 보고 싶습니다. 아인슈타인 아직도 그를 다 알지 못하고 있는것 같습니다 실험을 통해 알아본 책이라 조금 쉬웠던 책입니다.

양자역학과 상대성이론은 모두 20세기에 들어와서 등장하고 발전한 혁명적 발견이라는 공통점이 있다. 하지만 두 이론이 걸어온 길은 다르다. 양자역학이 하나의 가설로 시작해 점차 그 정당성을 검증받아 마침내 무너지지 않는 거목이 되기까지 수많은 물리학자들의 땀과 노력에 힘입었다면, 상대성이론은 한 사람의 머릿속에서 체계를 갖추어 완성된 이론이다. 물리학 이론을 뒤흔들며 20세기 문명사와 지성사를 새롭게 써냈다.

1권이 특수상대성이론을 다뤘다면 2권은 일반상대성이론을 다뤘다.

중력과 가속도에의한 관성력이 동등하다는 기발한 착상으로 일반상대성이론을 이끌어 내는 과정을 역시 좋은 참고서처럼 잘 풀어냈다.

뒤쪽에 있는 중력렌즈와 편이현상에 대한 자세한 설명도 매우 인상적이다.

개인적으로는 1권보다 2권이 더 읽기가 편했다.

그 이유가 정확히 무엇때문인지 모르겠지만..