1. 자연의 법칙은 누구에게나 똑같다.
2. 빛의 속도는 누구에게나 똑같다.

상대성 이론이란 무엇인가

저자는 이 책의 내용을 분명하게 밝힌다.

증거에 근거한 아인슈타인의 아이디어들에 초점을 맞출 것이다.

공상과학과는 거리를 둘 것이고, 그것보다 더 분명하다 할 수 있는 수학적 계산에 의한 추측과도 거리를 둘 것이다. (........) 증거에 근거한 접근 방식은 이 책의 내용은 모두 과학으로 인정받은 내용이라는 것을 알려줄 것이다. (40쪽)

아인슈타인의 아이디어란 무엇일까 

두 가지다, 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론

특수 상대성 이론

이 책은 특수 상대성 이론을 다음 세 가지 항목으로 설명한다.

달리는 빛

시간과 공간을 다시 정의하다

새로운 상식

먼저 빛의 속도에 대한 생각 하나.

빛의 속도로 가는 우주선을 만드는 것은 그저 기술적인 도전이 아니다. 할 수 없는 것이다. (62쪽)

특수 상대성 이론은 등속으로 운동하는 계(system)에만 적용할 수 있다.

일반적인 적용을 위하여 중력을 재해석한 것이 일반 상대성 이론이다. (나무 위키)

이 말을 이 책에서 이렇게 설명하고 있다.

특수 상대성 원리는 그 이름이 암시하듯이 본질적으로 일반 상대성 원리의 일부다.

특히 특수 상대성 원리는 중력의 영향을 무시한 특수한 경우에 적용되고, 일반 상대성 이론은 중력을 포함한다. (45쪽)

그래서 이런 말들이 등장한다.

“특수 상대성 원리는 중력의 역할을 무시하고 있으므로” (55쪽)

상대성 원리를 이해하는 첫걸음은, 무엇이 상대적인지를 명확하게 하는 것이다. (49쪽)

그 상대적이라는 말은, 모든 것이 상대적이라는 말이 아니라, ‘운동’은 언제나 상대적이라는 말이다. (49쪽)

시간 지연 (Time dilation)

관찰자가 정지해있고 이동하는 물체를 볼 때 이 이동하는 물체의 시간이 더 느리게 흐르는 효과. (74쪽)

이를 계산하는 방식이 있다.

이때 저자는 이렇게 말한다.

이동하는 기준틀에서 시간이 얼마나 느리게 흐르는지 그 변화치를 계산하는 방법은 쉽다. (74쪽)

과연 쉬울까? 그 방법이 쉬운지 한번 적어본다,

첫 번째 단계 : 이동하는 물체의 속도가 빛의 속도에 비해 몇분의 몇인지 적는다.

두 번째 단계 : 이 몇분의 몇을 제곱하고, 1에서 이 제곱한 값을 뺀다.

세 번째 단계 : 계산한 값에 근호를 씌운다. (75쪽)

나에겐 결코 쉽지 않다,

그래서 저자는 (쉽지 않다고 여기는 나를 위해) 다시 설명한다.

알이 빛의 속도에서 90%에 해당하는 속도, 즉 0.9 C로 움직이고 있다고 하자.

( 이 말은 빛의 속도의 90%에 해당하는 속도라는 의미다. 83쪽)

첫 번째 단계에 따르면 0.9 가 나온다.

두 번째 단계에 따르면, 0.9의 제곱은 0.81이 되고, 1에서 0.81을 뺀 값은 0.19이다.

마지막 단계에 따르면, 0.19에 근호를 씌운 값은 0.44가 된다.

이런 계산의 결과는 어떻게 해석되는 것일까 

이로써 알이 0.9 C로 움직일 때 당신의 시간보다 알의 시간은 44%밖에 흐르지 않는 것을 관찰할 것이다.

다시 말해, 당신의 시간이 10초 걸리는 동안 알의 시계는 겨우 4.4 초 걸릴 것이다.

마찬가지로, 당신에게 100년이 걸린다면 알에게는 겨우 44년이 걸릴 것이다. (75쪽)

물론 이렇게 저자의 설명을 따라 가면서 계산을 해보니, 쉽게 여겨진다.

그런데 다른 수치를 제시하고 상황을 달리 한다면 내가 위와 같은 계산식을 도출해 낼 수 있을까? 그러면서 쉽게 계산을 할 수 있을까 

하여튼 그런 경우는 논외로 하고, 지금은 저자의 설명을 따라가며 이해하는 게 우선이니까 그렇게 알아두고 넘어가자.

동시성의 상대성 (relativity of simultaneity) (82쪽)

여기에서 우리의 상식은 모든 관찰자가 사건들의 순서나 동시성에 대해 같은 의견을 가지지는 않는다는 사실을 용납해야 한다. (85쪽)

아인슈타인과 다른 사람들은 이들 아이디어를 수학을 통해 조사했고, 매우 중요한 사실을 발견했다.

즉, 시간과 공간은 개별적으로 측정했을 때는 관찰자에 따라 다를 수 있지만, 시간과 공간을 합친 시공간은 모든 사람에게 똑같다는 것이다. (86쪽)

저자가 시도하는 시공간과 차원에 대한 설명은 우리로 하여금 '차원'에 대한 이해를 제대로 하게 만들어 준다. 이 부분 필독! 

E = mc²

(여기 c² 표시하는 방법은? 아래 한글 프로그램에서, 입력 -  문자표 -  분수/첨자에서 2를 선택하면 된다.)

이 공식은 특정 상황에서는 질량을 에너지로, 혹은 에너지를 질량으로 전환하는 것이 가능하다는 것을 말한다. (95쪽)

일반 상대성 이론

이 책은 일반 상대성 이론을 다음 두 가지 항목으로 설명한다.

뉴턴의 불합리성

중력을 다시 정의하다

다시, 이 책은 

이 책, 지금껏 읽어온 상대성 이론에 관한 책 중에서 그래도 쉬운 편이다.

저자가 다양한 방법으로 설명을 시도하고 있고 그런 설명을 차근차근 듣다보면 상대성 이론이 납득이 되는 것이다. 그러나 그걸 나의 언어로 설명하기는 아직 역부족이다.

그런 것 감안하더라도, 상대성 이론이라는 난공불락의 성에 도전하고 입구에 들어섰다는 것만으로 우선 만족한다. 물론 저자는 이런 나의 자세를 나무라겠지만. 저자의 이런 말에 힘입어 더욱 공략을 멈추지 않을 것이라는 것, 첨언한다.

저자는 이런 말로 나를 다독인다.

“아인슈타인의 아이디어는 우주를 보는 시각을 바꿔줄 것이다.” (41쪽)

그게 내가 바라는 바이니까.

지금까지 여러 권의 물리학 관련 서적을 접해보았지만 이 책만큼 쉽고 자세하게 설명하는 책을 아직 보지 못했습니다. 제가 물리학 서적을 탐독하는 이유는 제 자신이 물리나 과학과는 거리가 있는 삶을 살았기 때문입니다. 전공도 과학이 아니라 인문 쪽 계열이었고 어렸을 때에는 과학이 저의 입시와는 그다지 상관이 없다고 생각하여 등한시하기 일쑤였습니다. 하지만 점점 나이가 들면서 21세기와 더불어 앞으로 올 시대는 과학과 기술이 만들어 내는 기술 진보의 시대라는 것을 알게 되면서 제 분야는 아니지만 억지로라도 과학 책을 많이 읽어야겠다는 생각이 들었습니다.

그러던 도중에 과학 서적을 읽는 재미를 발견하게 되었고 상대성이론에 대해서 자세하게 설명하는 이 책을 비롯하여 많은 과학 분야의 서적들이 인간의 뇌를 말랑말랑하고 유연하게 만들어 준다는 것도 느끼게 된 것 같습니다. 일단 이 책으로 말씀드리자면 제가 지금까지 읽어 온 우주와 상대성이론 등에 관한 책 중에서는 설명이 가장 재미있고 쉽게 쓰여 있는 것 같았습니다. 이 책은 복잡한 물리학 이론들을 우리 실생활에서 찾아볼 수 있는 쉬운 예시를 들며 아주 간단하게 설명해 주고 있습니다. 이를테면 달의 인력과 조수 간만의 차에 대한 과학적 원리를 손가락에서 땡긴 고무줄에 비유하는 등 다소 일상적인 소재를 통해 이해를 돕는 등 과학 서적으로서는 너무나도 매력적인 장점을 가지고 있습니다.

한 줄 한 줄 대충 읽지 마시고 천천히 저자가 사용하는 예시를 느끼고 음미해가며 물리학 그리고 중력 등의 원리에 대해서 생각해 보신다면 이 책에서 이해하지 못할 부분은 단 한 군데도 없을 것이라고 말씀드리고 싶습니다. 아인슈타인의 상대성이론은 전 세계를 지배하는 최고의 이론이고 그가 인류 역사상 가장 위대한 과학자라는 것은 명백해서 그 누구도 부인할 여지가 없기 때문에 이번 기회에 제가 추천드리는 이 입문자를 위한 과학 교양 도서를 꼭 읽어보세요. 과학을 모른다고 거리를 두게 되면 이전의 저처럼 과학 책도 피하게 되는 것 같아요. 이 책처럼 친절하고 쉽게 쓰인 과학 서적이 계속해서 나온다면 저도 앞으로도 많은 과학 교양 도서들을 읽어 보고 이해해 보고 싶습니다.

* 이 리뷰는 출판사로부터 책을 증정 받아 직접 읽고 주관적으로 작성했습니다.

이번에 읽은 “상대성 이론이란 무엇인가 (제프리 베네트 著, 이유경 譯, 처음북스)”는 상대성 이론에 대해 수학적 접근은 최대한 지양하고 사례와 원리 위주로 설명하고 있는 입문서입니다.

상대성 이론이라는 것이 인간의 일반적인 직관이나 상식에 어긋나므로 아무리 쉽게 접근한다 하더라도 마냥 쉽지만은 않습니다. 하지만 우주와 자연은 인간의 직관과는 다른 원리에 의해 움직이고 있으며 과학자들을 포함한 인간은 그 동안 이런 우주와 자연에 대한 오해하여 왔고 이런 오해를 조금씩 벗겨낸 것은 불과 100여년 남짓 시간이 지나왔을 뿐이지요.

인간의 직관에 위배되는 이론이라 해서 실제 생활에 사용되지 않는다거나 잘못된 이론이라는 이야기는 아닙니다. 우리가 언제나 도움을 받는 GPS는 바로 이러한 상대성 이론을 기술로 구현한 것입니다. 또한 영화 ‘인터스텔라’를 통해 스크린으로 강착 원반이 압도적인 거대질량 블랙홀 가르강튀아 (Gargantua)를 눈으로 목도한 적도 있지요.

중력파가 실재함에 대한 최초의 직접 증거 역시 2015년 년 라이고 (LIGO, Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory)를 통해 확인하기도 하였으며 M87 처녀자리A 은하의 중심부에 자리 잡은 거대질량 블랙홀을 실제로 촬영하는데 성공하기도 했습니다.

아인슈타인 이후의 과학은 어쩌면 상대성 이론을 증거하는 관측의 역사일지 모르겠습니다.

과학은 한 사람의 천재에 의해 만들어진 학문이 아닙니다. 누군가의 과학적 업적을 다른 과학자가 그 위에 조금씩 덧붙여 쌓아 올린 학문입니다. 그렇기에 뉴턴은 ‘내가 더 멀리 본 것은 내가 거인들의 어깨 위에 있었기 때문’이라는 이야기를 했을 것입니다. 아인슈타인 역시 인류가 가진 최고의 천재이긴 하지만 그 이전의 과학적 업적이 없었다면 우리는 아인슈타인을 통해 지금 바라보고 있는 우주의 비밀을 엿볼 수 없었을 지 모릅니다.

직관과 상식에 벗어난 우주와 자연의 원리를 이해하기 위해서는 이를 바라보는 시선을 조금 다르게 해야 할 필요가 있습니다. 이러한 과학 서적을 읽을 때 과학을 전공한 분들에게 가장 부러운 점은 바로 그들은 그런 도구를 가지고 있다는 것입니다. 바로 수학이죠. 그러므로 과학 작가가 상대성 원리를 설명하면서 수학적 접근을 지양한다는 것은 매우 강력한 도구를 포기하고 대중을 이해시키려는 무모한 시도일 수 있습니다. 하지만 제프리 베네트는 이 책을 통해 그러한 시도를 성공적으로 해냅니다.

그는 매력적인 천체 중 하나인 블랙홀을 통해 궤도 운동, 도플러 효과, 시간 지연 등 상대성 이론을 이해하기 위한 기초 설명을 모두 해내면서 독자의 흥미를 붙드는데 성공합니다. 그리고 아인슈타인의 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론에 대한 설명을 이어가면서 독자들이 궁금해 할 만한 내용들을 콕콕 집어 하나하나 자세히 설명을 해줍니다.

특히 시간과 공간을 통합한다는 아인슈타인의 독창적인 아이디어이자 일반 상대성 이론의 핵심 아이디어를 통해 우리가 우주와 자연을 바라보는 관점을 바꾸어 줍니다. 제프리 베네트는 이 책에서 증거가 확보된 엄밀한 과학적 사실 위주로 설명하지만 지루하지 않게 이야기를 이어 나가는 솜씨가 예사롭지 않았습니다. 2013년 과학커뮤니케이션상 수상자라고 하더니 그 이유를 분명히 알 수 있었습니다. 이 책을 통해 거인의 어깨 위에 올라 우주의 비밀을 조금이나마 엿볼 수 있는 기회가 되었으면 좋겠습니다.

#상대성이론이란무엇인가 #제프리베네트 #이유경 #처음북스 #책과콩나무

※ 출판사로부터 도서를 제공받아 직접 읽고 주관에 따라 서평을 작성하였습니다.

미래의 물리학자를 꿈꾸는 윤과 함께 읽으려고

스테디셀러라고 하는 ＜상대성 이론이란 무엇인가?＞를 준비해보았어요.

윤맘은 과학은 다 어렵게 느껴지는데 윤은 과학, 특히 물리학이

너무 재미있다고 하더라고요.

그래서 윤과 같이 읽어보면서 공감도 해보고 물리학에 대한

배경지식도 쌓아보려고요.

복잡한 수식과 공식 없이 쉽고 재미있게 만나는 상대성 이론!

상대성 이론은 왠지 어렵고 복잡할 것만 같은 생각이 들어요.

하지만 ＜상대성 이론이란 무엇인가＞는 우리가 블랙홀을 여행할 때

겪을 놀라운 현상들을 생생하게 보여 주며 아인슈타인의

상대성 이론을 재미있게 소개하고 있어요.

상대성 이론이라고 하면 E=mc²만 생각이 나요^^;

이것이 과알못의 한계...ㅠㅠ

1905년 아인슈타인의 특수상대성 이론에서

질량-에너지 등가원리인 E=mc²이 발표되었는데

이는 현대과학의 상징과도 같은 공식으로 물질과 에너지의

경계를 허물어버린 것으로 평가되고 있어요.

그래서 상대성 이론에 대해서 좀 더 깊이있게! 자세히!

알아보고 싶다는 생각이 들더라고요.

시간과 공간은 하나이며 시공간은 중력에 의해 휘어진다는

일반 상대성 이론의 개념도 E=mc²으로 대표되는 특수 상대성 이론도

＜상대성 이론이란 무엇인가?＞를 읽으며 이해할 수 있었어요.

워낙 과알못인 윤맘이지만 다른 책보다는 훨씬 수월하게

이해가 되는 것 같았어요.

＜상대성 이론이란 무엇인가?＞를 통해 과알못에서

벗어날 수 있다는 자신감이 생기더라고요^^

상대성 이론만으로 이야기를 꽉 채운 ＜상대성 이론이란 무엇인가?＞는

물리학에 대해서 관심을 갖는 사람이라면

꼭 읽어봐야 할 책인 것 같아요.

윤도 이 책 덕분에 배경지식이 더 쌓였고

물리학에 대한 관심이 더 높아졌어요.

흥미롭게 상대성 이론을 이해하기 쉬운 책으로 적극 추천합니다.

＜출판사로부터 제공받아 작성된 리뷰입니다.＞

최근에 양자역학을 비롯한 과학 교양서를 몇 권 접하고 있는데 워낙 자연과학 기본 지식이 적다 보니 솔직히 이해도가 얼마나 되는지는 자신이 없다.

그래서 '쉽게' 읽힌다는 책들이 나오면 반가운 기분으로 집어 들게 되는 것 같다.

이번 책은 아인슈타인의 '상대성 이론'을 일반 독자 수준에 맞게 설명해 주는 책이다.

발간된 지는 꽤 되었는데 이번에 개정판이 새로 나올 정도로 자연과학 분야에서는 인기가 많은 책이라 한다.

상대성 이론에 대해서는 막연하게 '속도가 변하면 시간 흐름이 달라진다.', '빛의 속도에 근접하면 에너지의 증가분이 물체의 질량을 높이는 방향으로만 작용해 타임머신을 만드는 것은 불가능하다.' 정도로밖에는 알지 못했는데 이번 책을 통해 그래도 상대성 이론이 무엇을 설명하고자 하는 이론인지 정도는 이해하게 된 것 같다.

뉴턴의 고전 물리학은 지구의 평균적인 중력 하에서 일어나는 물체의 운동을 예측하는 것에는 뛰어났지만, 물체의 속도가 빛의 속도에 가까워질 정도로 빠르거나 물체의 질량이 어마어마하게 큰 행성이나 항성을 대상으로 할 경우 오차가 크게 발생했다.

이를 해결한 것이 바로 아인슈타인의 상대성 이론이다.

상대성 이론에서 밝혀낸 바에 의하면 '운동'은 '상대적'이고 빛의 속도는 '절대적'이다.

이를 수학적으로 계산하고 또 실제 우주에서 그 계산이 맞았음을 확인하는 과정에서 상대성 이론은 '이론'으로서 탄탄한 입지를 가지게 되었다.

상대성 이론으로 인류는 빛의 속도에 가까워지면 시간의 흐름이 느려지고 질량을 가진 물질은 중력을 발생시키며 주변의 시공간을 왜곡시킨다는 것을 알아냈다.

아인슈타인의 유산은 보통 그의 발견들을 중심으로 이야기되고,

그가 물리학과 우주에 대한 우리의 이해를 혁신했다는 데는 의심의 여지가 없다.

그는 공간과 시간이 따로 뗄 수 없이 연결되어 있다는 사실을 가르쳤고,

중력을 이해하는 새로운 방식을 제시했으며,

그의 이론은 이제 블랙홀 같은 특이한 물체에서부터

우주 전반의 기하학적 구조까지 다양한 주제들을 이해하는 데 이용되고 있다.

(pg 243)

하지만 이러한 '사실'이 사람들에게 직관적으로 '이해'되기는 어렵다.

우리가 지구 안에서 일상적으로(미미한 질량과 속도를 가진 채) 살아가는 동안에는 이러한 시공간의 왜곡을 실제로 관찰할 가능성이 거의 없기 때문이다.

이 책의 장점은 이러한 상대성 이론의 결과를 수식이 아닌 '사고 실험'으로 이해할 수 있도록 도와준다는 점이다.

저자는 독자의 머릿속에 우주선을 두 대 띄워 다양한 방법으로 사고 실험을 유도한다.

그러면서 물체의 속도가 아무리 변한다고 해도 빛의 속도는 왜 함께 변할 수 없는지, 그리고 속도가 변화할 때 그 변화 주체에게 발생하는 현상들이 무엇인지 등등 상대성 이론을 통해 알아낸 것들을 하나하나 이해할 수 있도록 쉽게 설명해 준다.

책의 시작과 끝에 상대성 이론이 아니면 이해할 수 없었던 블랙홀이 등장한다.

말 그대로 그 어떤 빛도 빠져나올 수 없기 때문에 관측을 통해서는 블랙홀이라는 존재를 증명할 수 없었다.

하지만 상대성 이론의 연구로 우리 눈에 보이지는 않지만, 엄청난 질량을 가진, 그러면서도 크기는 작은 그 무엇이 존재한다는 것을 알게 되었으며 이를 '블랙홀'이라 명명하고 이것이 전 우주에 엄청나게 많이 분포한다는 사실을 알게 되었다.

하지만 어떤 방법으로도, 어떤 물질도 블랙홀 안에 들어갔다 나올 수 없는 만큼 블랙홀의 내부를 물리적인 예측이 아닌 경험적인 연구로 더 알아낼 방법은 아직까진 없다.

이 부분에서 최근에 역주행으로 큰 인기를 얻고 있는 노래 제목이기도 한 '사건의 지평선'에 대한 개념도 소개되고 있어 흥미롭게 읽었다.

요약하면 사건의 지평선은 본질적으로 블랙홀 내부와 바깥 우주 사이의 경계다.

바깥에서 봤을 때 사건의 지평선은 세 가지 중요한 특징을 지닌다.

즉, 바깥 우주로 돌아오기가 불가능해지는 장소이고, 시간이 멈춘 것으로 보이는 장소이며, 빛이 무한히 적색이동을 하는 장소이다. 하지만 경계가 보이는 것은 아니다.

블랙홀로 떨어지는 물체에게 사건의 지평선은 그저 블랙홀 안에서 기다리는 운명으로

향하면서 그 너머로 가면 바깥 우주와 더 이상 접촉할 수 없는 장소일 뿐이다.

(pg 192)

사건의 지평선 안의 어떤 것도 관찰할 수가 없기 때문에 그 안에 무엇이 존재하는지

관찰 증거나 실험 증거를 모을 방법이 없다. 그런 의미에서 블랙홀의 안은 관찰 가능한 우주 밖에 놓여 있듯이 과학의 영역 밖에 놓여 있다.

(pg 214)

저자는 상대성 이론에 대한 소개를 끝낸 후 과학적 태도의 중요성을 강조하면서 책을 마무리하고 있다.

인류가 이렇게 발전해 온 원동력에 과학적 지식의 단순한 축적뿐 아니라 과학적인 태도로 무장한 사람들의 비율이 높아졌다는 이유도 큰 몫을 차지한다는 것이다.

어떤 아이디어가 처음에는 아무리 이상해 보여도,

증거가 충분히 강력해지면 과학자들은 결국 그 아이디어를 받아들일 것이다.

그래서 내가 개인적으로 좋아하는 과학의 정의도

'증거를 이용하여 우리가 합의에 이르게 돕는 방식'이다.

(pg 221)

상대성 이론의 시작은 물론 아인슈타인이었지만 그의 생각을 '이론'의 경지로 끌어올린 것은 뒤에 이어진 수많은 과학자들의 실험과 관측, 계산의 결과였다.

직관적으로 이해되지 않는 이론이었지만 데이터를 통해 이를 증명할 수 있다면 그 이론은 진리에 가깝다고 보는 과학적 태도가 이러한 과정에 기여한 바가 크다는 점은 자명할 것이다.

하지만 내가 생각하는 아인슈타인의 가장 큰 유산은

과학적 사고의 엄청난 힘을 보여준 것이라고 생각한다.

아인슈타인은 십 대 시절에 만약 빛을 타고 간다면 세상이 어떻게 보일까

궁금해하기 시작했다. 그리고 생각에 그치지 않았다.

그는 수학과 물리학을 깊이 있게 배워서 이 질문을 실제적으로 조사했고,

여러 가지 생각의 결과를 탐구했다. 이것이 과학의 본질이다.

(pg 243)

일반적인 독자들에게 상대성 이론이 그리 쉬운 주제일 리 없겠지만 그럼에도 불구하고 저자나 역자가 쉽게 읽힐 수 있는 글을 만들어 내려고 상당히 노력했다는 점이 읽으면서 잘 느껴졌다.

(개인적으로 번역된 글이 매끄러우면서도 이해하기 쉬워서 역자의 노력도 높이 사고 싶다.)

그림과 도표도 많아 사고 실험을 머릿속에 떠올리면서 이해하기가 꽤 좋았다.

아인슈타인의 이론을 맛보고 싶은 사람뿐 아니라 일반 상식 측면에서도 과학적 사고 실험이 어떤 느낌인지 경험해 볼 수 있었기에 남녀노소 누구에게나 한 번쯤 읽어볼 것을 권하고 싶은 책이었다.

분량도 그리 길지 않아서 제목만 보고 '벽돌책'을 상상했다면 결코 부담되지 않는 양이라는 말을 덧붙이고 싶다.

저자는 아래의 문단으로 책을 마치고 있는데, 너무 마음에 들어서 꼭 옮겨두고 싶었다.

시공간의 이해에 근거해 볼 때, 시공간에서 일어난 사건들은 영원히 없앨 수 없다는 것이다. 일단 한 사건이 일어나면, 이 사건은 본질적으로 우주를 구성하는 일부가 되는 것이다.

당신의 인생은 사건의 연속이고, 이들 사건을 함께 모으면

당신은 우주에 지울 수 없는 흔적을 남기는 것이다.

모든 사람이 이 사실을 이해한다면, 우리는 아마 우리가 남길 흔적이

자랑스러워할 만한 것이 되도록 좀 더 신중하게 처신할 것이다.

(pg 248-249)

우주에 수많은 은하가 있지만 우주 공간 자체가 점점 더 빠르게 확장하고 있고 어떤 은하들은 빛의 속도보다도 빠르게 우리로부터 멀어지고 있다.

때문에 우리가 직접 행성들을 돌면서 우리 이외의 생명체를 찾아다니는 일은 점점 더 불가능한 일처럼 보인다.

다른 지적인 존재를 찾아낼 방법이 없다는 것은 사실상 온 우주에 우리들밖에 없다고 보는 것과 그리 다르지 않다.

그렇기에 우리의 흔적이 영원히 우주에 남는다는 저자의 말이 무겁지만 겸허하게 들리는 것 같다.

이 책은 세상에서 가장 쉬운 물리학 특강이라는 부제가 눈에 띄지만, 솔직히 책을 펼치기 전까지는 진짜 물리학이 쉬울 수 있을까 라는 의심을 지울 수가 없었다. 그러나 작가인 제프리 베네트 박사는 베스트셀러 과학 교재를 집필한 전문가이자 일반 대중과 어린이를 위해 많은 책을 쓰고 상을 받았다는 소개글을 보며 살짝 마음을 열었고 1장 블랙홀 여행, 2장 특수 상대성 이론, 3장 일반 상대성 이론, 4장 상대성 이론이 가지는 의미 등 본문을 읽을 수록 더 깊이 빠져들게 되었다.

저자는 독자들이 꼭 알아야 하는 과학적 개념을 이해하기 쉬운 그림으로 친절히 설명한다. 그리고 상대성 이론이 우리의 상식과 견해를 어떻게 바꿨는 지를 논리적으로 명쾌하게 보여 준다. 한편, 흔히 접하는 오류를 정정할 때는 매우 단호하다. (예를 들어, 광속보다 빠른 우주선은 없다.) 동시에 상대성 이론에 대한 반대 주장도 충분히 설명하고 그럼에도 불구하고 왜 상대성 이론이 더 타당한 지를 짚어주는 여유도 보여준다. 이 모든 과정이 설득이 있고 매력적이다.

그렇다고 상대성 이론이 완벽하다고 강변하지는 않는다. 예를 들어 상대성 이론으로 블랙홀을 알게 되었지만 블랙홀의 중심부에 대한 설명은 아직 완전하지 않고 또 다른 물리학 이론인 양자역학에서 해석과 다소 차이가 있다고 한다. 하지만 저자는 이 같은 과학 지식의 한계는 더 새롭고 나은 이론으로 우리를 이끌 것이라는 희망을 가질 때라고 얘기한다.

이 책 전반에 걸쳐 저자는 상대성 이론이라는 거대한 인류의 유산을 남긴 아인슈타인에 대한 존경심과 애정이 넘쳐 흐른다. 그리고 그와 그의 이론을 널리 알리며 과학의 힘을 보여주고자 한다.

내가 생각하는 아인슈타인의 가장 큰 유산은 과학적 사고의 엄청난 힘을 보여 준 것이라고 생각한다.

"나는 아인슈타인의 성취가 더 많은 사람으로 하여금 과학의 가치를 인식하게 하고 과학의 힘을 이용해 우리가 사는 세상을 이해하는 데 힘을 보태고, 우리 모두를 위해 세상을 더 나은 곳으로 만들기 위해 노력하도록 도와주길 바란다."라는 저자의 말이 인상 깊이 남는다.

마지막으로 상대성 이론을 많이는 들어봤어도 그 이론이 무엇인지를 정확하게 아는 사람은 드물다. 상대성 이론을 제대로 한번 알고 싶은 사람들에게 추천하는 책이다.

[이 글은 출판사로부터 도서를 제공받아 주관적으로 작성하였습니다]

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‘처음북스’ 출판사의 책은 출판사 이름처럼 처음 접했다. 먼저 이리 잘 쓰여진 책을 만나면 해당 출판사의 다른 책들은 무엇이 있는지 홈페이지를 찾아가게 된다.

물리학을 전공하는 경우가 아니라면 ‘상대성 이론’에 대해 그리 관심을 갖지는 않을 것이다. 나 역시 물리나 천체에는 큰 관심없었지만, 육아를 하면서 아이가 관심을 갖는 분야는 같이 하고 싶어서 내 전공이 아니지만 열심히 찾아보게 된다. 상대성이론 역시 아들의 관심 분야라서 같이 찾아보았으나, 너무나 어려운 설명에 눈이 뱅글뱅글 도는, 어디가 어디인가? 나는 누군가? 라며 내 뇌가 블랙홀에 빠지고 있는 느낌을 받을 때가 많았다.

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아들의 상대성 이론에 대한 관심은 유치원시절부터 시작했다. 4차원이 무엇이냐고 묻는 유치원생으로 도대체 알고 묻는건지 그냥 그 단어가 생경해서 묻는 건지 의심이 가지만 나름 최선을 다해 아이의 눈높이에 맞게 설명을 해주었던 기억이 있다.
4차원을 입체도형에 시계를 넣어 그렸던 꼬꼬마가 이제는 전문용어를 이해하며 더 깊은 있는 내용을 알고자 하네요.

이런 아들과 제가 이번에 만난 처음북스의 ‘상대성이론이란 무엇인가?’라는 책은 아들의 지적호기심과 엄마의 무지함을 다시한번 충족시켜주는 책이었네요. 이젠 상대성이론에 대한 대화가 되어지네요!!! 감사합니다.

블랙홀 여행을 시작으로 ‘사건의 지평선’을 만날때까지의 빛과 시간의 개념을 쉽게 이해할수 있도록 상상하는 이야기 전개가 흥미를 갖게 하고, 쉬운 이해를 하게 해주었다.

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상대성이론을 설명하는 대다수의 책들은 어렵고 복잡한 수식으로 책을 읽는다기 보다 하기 싫은 학습을 하고 있는 느낌이었으나, 이 책은 복잡한 수식이나 공식은 최대한 배제하여 누구나 쉽게 이해할수 있도록 쓰여져있다.

이젠 복잡한 수식으로 설명하는 상대성이론을 이해할 준비가 된것 같다.

읽는 내내 어렴풋하게 알았던 내용을 토론하면서 정의를 내리고, 열띤 독서 활동을 하게 해주는 시간이었다.
천천히 10여일을 블랙홀 여행을 즐겁게 할 수 있게 해준 저자 ‘제프리 베네트’에게 박수를 보내고 싶네요.
 

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수포자나 과포자는 아니지만 '상대성 이론'이라는 것은 들어보았지만

정확히 무엇을 말하는지는 잘 모르고 살았어요.

사실 몰라도 별 상관없었지만

그래도 한 번쯤은 '상대성 이론'이 무엇인지 읽어보고

알아보고도 싶어서 이 책을 읽게 되었습니다.

정말로 쉽게 쓰여졌다는 이 책에는

수식도 공식도 없지만

게다가 친절하게 그림을 그려주었지만

저는 가끔씩 우주로 날아갈 뻔.....

‘시간과 공간은 하나이며 시공간은 중력에 의해 휘어진다’는

일반 상대성 이론의 개념과

세상에서 가장 유명한 공식 E=MC²이 나오는 특수 상대성 이론에 대해

'상대성 이론이란 무엇인가'를 읽으면 완벽하게 이해할 수 있다는데

아쉽게도 한 번 읽고는 저는, 완벽하게 이해할 수는 없었어요..

앞으로 시간 날 때마다 자주 읽어봐야겠어요.

특수 상대성 이론이

1. 자연의 법칙은 누구에게나 똑같다.

2. 빛의 속도도 누구에게나 똑같다.

이 두 가지 원칙만 받아들이면 아주 쉽게 이해할 수 있다는데

자연의 법칙이 누구에게나 똑같다는 것은 인정

빛의 속도도 누구에게나 똑같다는 것도 인정

여기까지는 진도가 아주 잘 나갔습니다.

많은 사람들은 (저를 포함해서)

태양이 갑자기 블랙홀이 되면 그 블랙홀이

순식간에 지구와 태양계의 다른 행성들을 빨아들여 없애버릴 것이라고 생각하지만

이 책의 저자인 천체물리학자 제프리 베네트는

‘블랙홀은 빨아들이지 않는다’고 말합니다.

태양이 블랙홀이 되어도 지구는 블랙홀로 빨려들어 사라지지 않고

지구는 여전히 그 블랙홀을 중심으로 공전한다는 것인데

강력한 중력 때문에 빛도 블랙홀에서 빠져나올 수 없다는데

지구는 어떻게 무사한 건지 너무 신비롭게 느껴졌습니다.

제가 제일 와닿았던 부분은

아인슈타인의 이론은 뉴턴의 이론이 잘 맞는 많은 경우를 틀렸다고 하지 않고

그저 뉴턴의 이론이 불충분한 경우가 있음을 보여주고

뉴턴 자신도 불합리하다고 생각한 '원격 장요' 아이디어를 해소한

새로운 중력 이론을 제공하고 있습니다.

아인슈타인의 이론 역시 불완전할 수 있고

과학자들에게는 불완전한 부분이 오히려 흥분을 자아내고

자연에 대한 더 깊은 통찰을 제공할 새로운 이론을 제시할 수 있는

기회라고 생각하기 때문입니다.

과학은 한 번에 벽돌 한 짱씩 샇아오리는 큰 건물과 같아서

벽돌을 조심스럽게 쌓는 한 우리는 언제나 이미 쌓은 벽돌을 제거하지 않고

그 위에 더 쌓을 수 있을 것입니다.

아이작 뉴턴의

"내가 다른 사람들보다 멀리 봤다면

그것은 내가 거인들의 어깨 위에 서 있었기 때문이다.'

상대성 이론을 통해 아인슈타인은 뉴턴과 다른 거인의 세계에 합류했고

언젠가 다른 사람들이 또한 그의 어깨 위에 설 것이라는 표현은

왠지 뭉클하게 다가왔습니다.

상대성 이론은 우리가 인간으로서 어떻게

우주 속에서 한 자리를 차지하고 있는지

이해하는데 중요한 것이라고 시작한 이 책은

상대성 이론이 순수과학이며 현실에 대한 우리의 인식에 대해 이야기하며

우리 인간의 잠재력을 말해준다고 이야기합니다.

철학적인 수준에서도 우리가 남길 모든 흔적이 자랑스러워할 만한 것이 되도록

좀 더 신중하게 처신해야 한다는 말로 마무리지어집니다.

아인슈타인은 1905년에 ‘특수 상대성 이론’을 발표하고

10년 뒤에 ‘일반 상대성 이론’을 발표했다고합니다.

두 이론의 차이는 중력의 영향을 고려했는지 아닌지로 나뉘어진다는데.

특수 상대성 이론에서 가장 중요한 요소는 바로 ‘빛의 속도’로

그 무엇도 빛보다 빠를 수 없다는 사실이

우주의 시공간 특징을 설명하는 결정적인 역할을 하기 때문입니다.

과학 뿐만 아니라 철학적인 사유를 하는 데도

큰 도움이 되는 이 책의 일독을 권합니다.

#상대성 이론이란 무엇인가 #제프리 베네트

#이유경 #처음북스 #컬처블룸 #컬처블룸리뷰단

과학에 관심은 많지만, 무수히 많은 현상들을 관망하며 바라볼 뿐.

그 이론에 접근해 보고자 노력하지도, 과학을 입증하기 위해 많은 수학 공식을 외울 엄두도 내지 못했던 나였다. 그래서 고등학교 때 물리와 화학을 과감히 포기하지 않았던가..

하지만 아이를 키우면서 아이가 관심 있어 하는 분야에 대해 '접근 불가'의 영역으로 두긴 싫었고, 관심사 높은 천문학에 조금이라도 더 다가갈 수 있도록 도움을 주고픈 마음이 한편에 자리하고 있었기에 우주과학이라면 반드시 알아야 하지 않을까 하는 마음으로 마주하게 되었다.

1915년에 발표한 아인슈타인의 일반 상대성이론 100주년을 맞이하여

천체물리학 박사이자, 생물물리학, 천문학, 천체생물학, 수학, 통계학의 베스트셀러 교재를 쓴 '제프리 베네트'가 쓴 책으로 2022년도에 개정판으로 돌아왔다.

아인슈타인의 상대성이론 발표 104년 후에 블랙홀이 관측되어 그의 이론이 증명되었는데,

이는 지난 100여 년간 누구도 증명하지 못했던 것을 비로소 눈부신 과학의 발전으로 가능했던 일이었다.

그렇다면 100년 전의 아인슈타인의 이론들이 지금에까지 학자들의 연구와 실험에도 불구하고 끊임없이 기준 가설에서 증명으로 이어오고 있었다는 것은 그의 천재성이 우리 앞날을 예측해 주고 있는 것이 아니고 무엇일까?

상대성 이론을 독자들에게 쉽게 안내하기 앞서 저자가 안내하는 이 오묘한 우주 과학의 세계는 블랙홀 여행에서부터 시작된다. 

나는 시작부터 난관에 봉착한 느낌이었는데 영화에서 숱하게 보았던 블랙홀이 그 블랙홀이 아니었다는 점, 나는 그간 과학이 아닌 공상과학에 빠져있었다는 점, 블랙홀은 아인슈타인이 발견한 기본적인 아이디어들을 이해하지 않고서는 제대로 알 수 없다는 점, 합리적이지 않은 상식을 가지고 살아왔다는 점 등 저자의 촌철살인 덕에 그간 우주과학에 흥미가 있다, 호기심이 있다는 말들을 지껄인 것이 무엇보다 부끄럽게 느껴지기도 했다. 

책은 크게 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론을 나누어 설명한다.

일반 상대성 이론은 우주 팽창을 포함한 우주 전체 구조를 이해할 수 있게 해준다고 한다.

특수 상대성 이론을 먼저 발표한 것은 이것이 일반 상대성 이론보다 더 쉽기 때문이라고 하는데, 책에서 확인한 이 둘의 차이점은 바로 중력이 기준이다. 책에서도 중력이 없는 특수 상대성 이론부터 접근하여 아인슈타인의 이론들을 다양한 관점에서 쉽게 이해할 수 있도록 도와준다.

또한 지금까지 아인슈타인의 아이디어들을 과학자들이 주의 깊게 실험해 증명해낸 결과들을 기준으로 증거에 근거한 아인슈타인의 아이디어들에 초점을 맞추어 낸다.

아인슈타인의 아이디어는 우주를 보는 시각을 바꿔줄 것이기 때문이다.

p.41

특수 상대성 이론은 '운동'은 언제나 상대적이라는 아이디어에서 이름을 따왔다고 한다. 

상대성 이론에서 절대적인 기준이 있는데

1. 자연의 법칙은 누구에게나 같다.

2. 빛의 속도는 누구에게나 같다. 

라는 것이다.

저자는 '무엇을 어찌하든 빛을 따라잡을 방법이 없으므로, 빛을 추월할 수 있는 것은 없다'는 것을 이해할 수 있도록 많은 부분을 할애해 주었고, 시간 지연과 쌍둥이 역설과 같은 이론들도 재미있게 설명하고 있다.

수학 계산이 필요한 부분들은 눈으로 다 따라가진 않았지만, 수학 계산으로 증명할 수 있는 부분들에 대해서도 세세하게 안내해두어 모든 것의 베이스는 역시 수학이라는 점도 잊지 않게 해주었다. (이 부분은 저자가 일반 상대성 원리 설명 페이지에서 진정 또 한 번 강조해둠.)

양자역학에서 양자얽힘이라는 용어를 만난 일, 입자가속기 실험을 통해 특수 상대성 이론을 사실로 증명된 위주로 이해를 돕고 있어 다음 장에 나올 일반 상대성 원리는 어떤 증명이 있을까 기대가 되기도 하였다.

일반 상대성 원리는 특수 상대성 원리를 완전하게 메울 방법을 찾아 모든 세부 사항을 완성하는 데에 꼬박 10년이 걸려 1915년에 비로소 발표한 내용이다. 중력을 이해하는 방식을 새롭게 정의한 것으로 뉴턴이 골머리를 앓았던 부분들을 완벽히 해갈해 주었다고 한다.


 

중력은 시공간의 만곡(휨)에서 생긴다.

지구가 둥글고, 반대편으로 출발한 사람들이 한 지점에서 다시 만나는 것은 중력에 의한 휘어짐 때문에 일어나는 현상이라는 것이 중력을 다시 생각하게 했다. 

중력이 그저 지구가 둥글고 자전축이 있어 회전하며 생긴 원심력에 의한 휨이 아닌, 중력에 의해 생긴 휨이라는 것이 앞서 저자가 말한 합리적이지 않은 상식을 가지고 있었다는 것이 아닐까 싶다.

저자는 꾸준히 이 내용이 의심스럽지? 하면서 계속 의심을 부추기는 것 같지만, 실제 우리가 과학 책을 보면서 이걸 어떻게 증명했지? 이런 현상은 어떻게 발견하는 거지? 하는 의구심들을 당연히 가져야 하는 거라고 말해주는 것 같았다. 

그리고 중력에 대한 내용들을 천천히 곱씹다 보니 영화 [그래비티]에서 지구 궤도에서 우주로 날아간 조지 클루니를 보면서 위성 잔해들처럼 왜 다시 돌아서 만나게 되지 않는 걸까? 했던 나름의 의구심도 해결되었는데, 쥘 베른의 소설 [달나라 탐험]에서 로켓이 달에 착륙하지 못할 경우 영원히 달 궤도를 돈다는 것 또한 연결 지어서 이해할 수 있었다. 

중간중간 이론 증명을 위한 저자의 그림 설명이 꽤 유익했다.

중력에 대한 설명으로 고무막 그림이 있었는데, 과학관에서 본 블랙홀 모형이 떠올려지면서 블랙홀의 중력도 쉽게 이해할 수 있어(물론 차원이 다르다는 것은 인지) '상대성 이론을 알아야 블랙홀을 쉽게 이해할 수 있다'라는 말을 뒤로 갈수록 확인하게 된 셈이어서 알아가는 재미도 상당했다.

시간은 상대적이라는 말을 이 책을 꼼꼼히 읽기 전에는 두루뭉술하게 생각했던 것 같다.

굳이 왜 그러한지 알고자 하는 마음도 딱히 없었는데, 하나씩 이론의 증거들을 마주하면서 시간의 상대성도 이해할 수 있게 되어 '바쁘게 시간을 쓴 사람이 상대적으로 느긋하게 쓴 사람보다 시간이 느리게 갔다'라고 말할 수 있는 것의 의미를 알게 되었다.

그저 흘려들어 생각조차 없던 것이 뇌리에 콕 박히니까 한 번 읽고 덮어두기에는 아쉬운 마음이 솟아난다.

이 책을 읽으면서 마지막 장까지 가기까지 꽤 오래 걸릴지도 모른다. 

쓱 끝까지 훑고 다시 의문점들을 명확하게 확인하고자 들여다보면서 아인슈타인이 내놓은 아이디어들을 그간 많은 과학자들이 이를 증명하기 위해 얼마나 노력했는지, 그리고 이 대단한 아이디어들이 어디까지 대단해질는지 과학이 계속해서 증명해 내는 한 경외심은 끝이 안 날 듯하다. 

블랙홀 여행으로부터 시작해서 블랙홀 여행의 마무리까지 무사히 귀환시켜준 저자에게 감사한 마음이 든다.

우리 은하 가운데 있는 그 어두운 존재를 관찰하고 입증하는 방법에 대한 것과 차원을 넘어서는 이미지에 대한 환상, 그리고 사건의 지평선에 다다를 그때는 언젠가 올 수 있을까라는 궁금증 등 이전의 의구심들이 깨끗이 정리되는 중이다. 

공상과학은 이제 없다. 증명되는 과학만 있을 뿐이다.