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노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리즈
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목차
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천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며 우주를 지배하는 방정식을 만들다 _펜로즈 박사 깜짝 인터뷰 첫 번째 만남 | 리만 기하학의 탄생 기하학의 역사 _파피루스의 기록과 유클리드 기하학 비유클리드 기하학 _평행선 가정의 부정으로 탄생한 새로운 기하학 가우스와 리만의 등장 _수학의 왕과 그 제자 곡률 개념의 탄생 _휘어진 정도 구좌표계 _3차원 공간을 나타내는 방법 두 번째 만남 | 4차원 시공간 아인슈타인의 학창 시절 _동반자 밀레바 마리치 특수상대성이론 _관찰자의 시간이 다르게 흐른다 4차원 시공간 _시간과 공간을 함께 묘사하는 새로운 기하학 아인슈타인의 새로운 규칙 _합의 기호 생략 세 번째 만남 | 아인슈타인의 등가원리 질량에 관하여 _관성질량과 중력질량 낙하 실험의 진실 _데소토와 스테빈 등가원리 _가속도와 중력장의 세기 중력 만들기 _무중력 상태와 새로운 중력장 1908~1915년의 아인슈타인 _강의와 연구 경력 등가원리와 빛의 휘어짐 _태양계에 적용하다 네 번째 만남 | 아인슈타인 방정식 마르셀 그로스만 _일반상대성이론 탄생의 조력자 일반상대성이론의 등장 _우주를 지배하는 완벽한 방정식 휘어지는 빛 관측 _일반상대성이론의 위대함을 알리다 중력에 의한 시간 지연 _중력이 큰 곳에서 시간이 느리게 흐른다 수성의 근일점 이동 _43초의 비밀을 풀다 중력렌즈 _은하가 커 보이는 현상 아인슈타인의 두 번째 사랑 _아내이자 비서였던 엘사 아인슈타인의 미국 생활 _나치의 박해를 피해서 힐베르트 _무한대와 무한 호텔 다섯 번째 만남 | 아인슈타인의 논문 속으로 뉴턴 역학에서의 가속하는 관찰자 _버스에 탄 사람이 보는 것은? 휘어진 시공간에서의 계량 _시공간의 휘어짐을 묘사하다 피어바인과 크리스토펠 기호 _새로운 기호의 도입 가속하는 관찰자의 운동방정식 _겉보기 가속도 공변미분 _새로운 미분의 정의 리만 텐서 _곡률에 비례하다 아인슈타인 방정식 _우주의 휘어진 정도를 고려하다 여섯 번째 만남 | 블랙홀 슈바르츠실트의 블랙홀 _아인슈타인 방정식의 일반해 뉴턴 역학에서의 블랙홀 _사건의 지평선에 숨겨진 비밀 블랙홀 물리학의 영웅들 _네 명의 물리학자 블랙홀 물리학 _특이점과 증발하는 블랙홀 웜홀 _시공간의 두 지점을 잇는 터널 만남에 덧붙여 Outline of a Generalized Theory of Relativity and of a Theory of Gravitation _아인슈타인-그로스만 논문 영문본 The Foundation of the General Theory of Relativity _아인슈타인 논문 영문본 On the Gravitational Field of a Mass Point according to Einstein’s Theory _슈바르츠실트 논문 영문본 위대한 논문과의 만남을 마무리하며 이 책을 위해 참고한 논문들 수식에 사용하는 그리스 문자 노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다 |
저자 소개1
과학에 대한 호기심으로 서울대학교 무기재료공학과에 다 녔고,물리를 향한 마음이 더 커져 한국과학기술원(에서 이론물리학을 전공하며 석박사 학위를 받았다.세에 경상국립대학교 물리학과 교수가 되어 학생들에게 물리 사 랑을 전파하고 있다.초심을 잃지 않기 위해 꾸준히 연구하 며 현재까지 국제 학술지(저널)에 여 편의 논문을 게재했다.직접 만나는 학생뿐만 아니라 더 많은 학생에게 과학과 수학의 즐거움을 알려주고자 책을 통해 독자를 만나 고 있다.과학자가 들려주는 과학 이야기 시리즈]중 《아인 슈타인이 들려주는 상대성 이론 이야기》를 비롯한 권과 [과학공화국 법정 시리즈]권을 집필했다.최근
과학에 대한 호기심으로 서울대학교 무기재료공학과에 다 녔고,물리를 향한 마음이 더 커져 한국과학기술원(에서 이론물리학을 전공하며 석박사 학위를 받았다.세에 경상국립대학교 물리학과 교수가 되어 학생들에게 물리 사 랑을 전파하고 있다.초심을 잃지 않기 위해 꾸준히 연구하 며 현재까지 국제 학술지(저널)에 여 편의 논문을 게재했다.직접 만나는 학생뿐만 아니라 더 많은 학생에게 과학과 수학의 즐거움을 알려주고자 책을 통해 독자를 만나 고 있다.과학자가 들려주는 과학 이야기 시리즈]중 《아인 슈타인이 들려주는 상대성 이론 이야기》를 비롯한 권과 [과학공화국 법정 시리즈]권을 집필했다.최근에는 중학 교에서도 통하는 초등수학을 카툰으로 그린 개념 잡는 수학 툰 시리즈]를 출간했고,노벨상 오리지널 논문을 쉽게 풀어 낸 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리 즈]와 시대를 살아갈 청소년들을 위한 교양 과학서 시 대를 여는 시리즈]를 집필 중이다.수학과 과학의 다양한 이론부터 직접 집필한 책과 소설까지,폭넓은 콘텐츠를 함께 나누는 네이버 카페 정완상 교수의 수학?과학 창작 콘텐츠]를 운영하고 있다.
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품목정보
- 발행일
- 2024년 11월 20일
- 쪽수, 무게, 크기
- 324쪽 | 480g | 152*215*20mm
- ISBN13
- 9791193357392
책 속으로
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저는 너무나 놀라운 것들을 발견했습니다. 저는 무(無)에서 낯선 새로운 우주를 창조했습니다. -보여이가 아버지에게 보낸 편지
--- p.28 훗날 아인슈타인의 아내가 된 밀레바 마리치도 그해 아인슈타인과 같은 학과에 들어갔다. 과에서 유일한 여성이었던 그는 아인슈타인과 곧 가까운 친구가 되었다. 그 후 몇 년 동안 두 사람의 우정은 사랑으로 발전했다. --- p.53 1905년은 아인슈타인에게 있어 기적의 해라고 불린다. 그해에 그는 광전효과, 브라운 운동, 특수상대성이론, 질량과 에너지의 등가성에 관한 논문을 발표했다. 이들 논문 모두 학계의 큰 주목을 받았다. --- p.56 다음 날 〈런던 타임스〉는 아인슈타인의 일반상대성이론을 ‘과학의 혁명’ ‘우주의 새 이론’ ‘뉴턴 역학이 깨졌다’ 등으로 언급했고, 11월 11일 〈뉴욕 타임스〉는 ‘하늘 나라의 빛이 모두 휜다’ ‘아인슈타인 이론의 승리’ 등으로 아인슈타인의 이론을 격찬했다. --- p.114 만일 두 사람 중 한 명은 높은 건물의 맨 위층에서, 다른 한 명은 1층에서 평생을 산다면 누가 더 오래 살겠는가? 1층이 지구 중심에 가까우므로 중력이 더 커서 시간이 느리게 간다. 그러나 지구와 같이 중력이 작은 곳에서 1층과 꼭대기 층의 중력 차이에 의한 시간의 느려짐 효과는 피부로 거의 느낄 수 없을 정도이다. --- p.117 그즈음 아인슈타인은 노벨 물리학상 후보로 7번이나 지명되었는데, 상대성이론이 언급되지 않으면 노벨상을 거부한다는 그의 의견 때문에 수상자로 결정되지 못한 경우가 많았다. 아인슈타인이 노벨상을 받는 것은 시간문제일 뿐이었다. --- p.127 아인슈타인 하면 떠오르는 상대성이론은 아인슈타인의 노벨상 수상 테마가 아니었다. 아이러니하게도 그는 ‘빛의 광전효과에 관한 연구’로 노벨상을 수상했다. 노벨 물리학상 심사 위원회는 상대성이론이 너무 어려워서 노벨상 수상 테마로 잡기 힘들다고 변명했지만, 아무래도 당시까지는 상대성이론을 믿는 물리학자 못지않게 그것을 의심하는 물리학자도 많았기 때문이 아닐까 생각한다. --- p.129 1924년 1월에 독일 괴팅겐에서 열린 강의에서 힐베르트는 일반인이 무한대를 쉽게 이해할 수 있는 예로 무한 호텔을 들었다. 그는 객실의 개수가 무한대인 호텔을 생각했다. 이 호텔의 객실은 모두 차 있어서 빈방이 없다. 하지만 무한대의 개념을 잘 이해한다면 이 무한 호텔이 언제든지 새로운 손님을 받을 수 있는 걸 알 수 있다. --- p.134 블랙홀이 있으면 그 주위는 곡률이 어마어마하게 커지고, 그로 인해 시공간이 급격히 휘어질 거야. 다시 말해 사건의 지평선 주위의 빛은 아주 크게 휘어지게 되지. 모든 물체는 사건의 지평선 안으로 들어가면 나올 수가 없어. 심지어 빛의 경우도 사건의 지평선 안으로 빨려 들어가면 나오지 못한다네. --- p.179 병명은 운동신경 질환이었다. 그때 호킹의 나이는 21세였다. 의사들은 그에게 2년 정도밖에 살 수 없다고 말했다. 이 일로 호킹은 우울증에 빠졌다. 그는 부축을 받지 않고는 걷기가 어려웠고, 그의 말은 거의 알아들을 수 없었다. 하지만 그의 병은 의사들이 예상했던 것보다 더 느리게 진행되었다. 그가 2년밖에 살지 못한다는 초기 진단은 옳지 않은 것으로 판명되었다. --- p.193 일반상대성이론에서 특이점은 일반상대성이론으로 설명할 수 없는 곳이다. (...) 호킹이 양자론을 블랙홀에 적용하여 최초로 얻은 결론은 매우 놀라운 결과였다. 블랙홀이 증발하여 사라질 수 있다는 것이었다. --- p.199 미국의 휠러는 아인슈타인-로젠 다리가 서로 다른 우주로 통하는 터널이 아니라 우리 우주로 다시 되돌아오는 터널로 생각하는 것이 더 사리에 맞다고 보았어. 그리고 이렇게 시공간의 두 지점을 잇는 터널에 웜홀이라는 이름을 붙였다네. --- p.201 |
출판사 리뷰
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★ 전국 과학교사모임 추천 ★ 일대일 친절한 과학 수업
★ 이공계 진학 예정자 필독서 ★ 노벨상 수상 논문 영문본 수록 최근 10년간 3번이나 수여된 노벨 물리학상 주제 ‘일반상대성이론’ 노벨상 수상자들의 오리지널 논문 읽기로 과학자처럼 따라 하기 과학 학습에는 ‘과학자처럼 따라 하기’와 같은 학습 방법이 있다. 과학 수업에서 흔히 적용하는 탐구 활동이나 R&E가 그 예이다. 요즘 새롭게 소개되는 과학자 따라 하기 방법 중 하나가 노벨상 수상자들의 오리지널 논문 읽기이다. 학생들에게 상대성이론과 같은 어려운 이론의 원문을 이해하도록 하는 것이 쉬운 일은 아니다. 다행히 현재 고등학교 교육과정에 상대성이론이 도입되어, 기본 원리와 현상은 이미 학교에서 학습하고 있다. 너무 전문적인 지식을 제외하고는 학생들에게 비교적 친숙하다.특수상대성이론은 아인슈타인이 1905년에 발표했다. 아인슈타인은 시공간 개념을 처음 도입했고 움직이는 관찰자와 정지해 있는 관찰자의 시간이 다르게 흘러야 한다는 것을 알아냈다. 특수상대성이론은 움직이는 관찰자가 등속도로 움직이는, 특수한 경우에만 성립한다. 그래서 아인슈타인은 이 이론을 가속도가 존재하는 경우에도 성립할 수 있게 확장했다. 가장 일반적인 상대성이론이 되기 때문에 이 이론을 일반상대성이론이라고 부른다. 일반상대성이론은 우주, 천체 등의 문제를 해결하는 이론이다. 지난 10년 이내에 일반상대성이론과 관련하여 세 번에 걸쳐 노벨상이 수여되었다. 2020년, 2019년, 2017년에 공동 수상이 이루어졌다. 최근 많은 업적이 쌓이고 이로 인해 파생하는 효과가 크기 때문일 것이다. 이러한 시대적 맥락과 과학 학습 방법이라는 배경에서 이 책은 아인슈타인의 일반상대성이론의 기본 개념을 논문 원문 외에도 역사와 관련 학자들의 일화를 함께 소개한다. 여러 사진 자료들도 도움이 된다. 이는 독자로 하여금 선입견으로 겁먹거나 책을 읽는 데 지루하지 않게 한다. 어쩔 수 없이 도입하는 수식에 친숙하지 않다면 어려울 수 있으나, 고등학교 수준의 수학을 이해하는 독자라면 읽을 수 있도록 친절하게 설명했다. 이 책을 통해 과학자처럼 사고하고 과학 이론에 푹 빠져 보는 값진 경험을 하길 기대한다. 휘어진 공간에서 최단 거리는 직선이 아니라 곡선! 일반상대성이론 완성에 핵심 역할을 한 새로운 기하학 삼각형의 내각의 합은 180도이다. 이는 학교에서 기본으로 배우는 삼각형의 성질이다. 그러나 말안장 위에 삼각형을 그리면? 혹은 축구공 위에 삼각형을 그리면 어떻게 될까? 삼각형의 내각의 합은 180도보다 작거나 커질 것이다. 평면에서 직선 밖의 한 점을 지나면서 그 직선과 평행한 직선은 하나뿐이다. 유클리드는 증명할 수 없는 이 평행선 가정으로 무수한 정리를 증명했다. 이것이 우리가 당연하다고 생각해온 유클리드 기하학이다. 이후 많은 수학자가 평행선 가정을 증명하려고 했지만 실패했다. 그러나 몇몇 학자들이 평행선 가정을 부정하며 새로운 기하학을 만들었다. 보여이, 로바쳅스키 등의 연구로 탄생한 비유클리드 기하학이다. 가우스와 그의 제자 리만은 비유클리드 기하학에서의 곡률을 연구했다. 리만이 완성한 리만 기하학은 훗날 특수상대성이론의 일반화, 즉 일반상대성이론이 완성되는 데 큰 역할을 한다. 아인슈타인의 친한 친구였던 수학자 그로스만은 리만 기하학의 권위자였다. 아인슈타인에게 리만 기하학을 소개한 사람이 바로 그였는데, 이는 아인슈타인의 일반상대성이론 발전에 결정적인 역할을 했다. 두 사람의 협력은 1913년에 출판된 획기적인 논문으로 이어졌다. 이 책은 아인슈타인이 동료와 어떻게 의사소통하면서 문제를 해결하고 이론을 정립하였는지 알아가는 좋은 기회가 될 것이다. 현대물리학에서 가장 매력적이면서도 미지의 주제인 ‘블랙홀’ 블랙홀을 예언한 일반상대성이론을 파헤쳐 보자! 1783년 영국의 미셸은 빛조차 탈출할 수 없는 중력이 매우 큰 별의 개념을 제안했다. 이를 암흑별이라 칭했는데 이것이 바로 블랙홀에 관한 첫 연구였다. 1967년 미국 프린스턴 대학 물리학과 교수 휠러는 NASA 고더드 우주 연구소의 연설 중에 ‘블랙홀’ 용어를 처음으로 언급했다. 영국의 로저 펜로즈는 일반상대성이론으로 블랙홀의 이론적 가능성을 입증하여 2020년 노벨 물리학상을 수상했다. 2017년 노벨 물리학상을 수상한 미국의 물리학자 킵 손은 블랙홀과 시간여행을 소재로 2014년에 개봉한 영화 〈인터스텔라〉 제작에 참여했다. 〈시간의 역사〉로 유명한 영국 물리학자 스티븐 호킹은 특이점과 블랙홀 연구에 관한 업적을 남겼다. 슈바르츠실트가 발견한 아인슈타인 방정식의 해는 블랙홀 물리학을 탄생시켰다. 현대물리학에서 가장 매력적이자 미지의 연구 주제인 블랙홀! 인류가 블랙홀의 존재를 알게 된 건 바로 아인슈타인의 일반상대성이론 덕분이다. 아인슈타인의 일반상대성이론 논문과 함께 더 넓은 우주로 여행을 시작하자! |
추천평
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저자는 이번에 아주 새로운 시도를 하고 있고 이는 어쩌면 우리에게 꼭 필요했던 것일 수 있습니다. 대화체로 과학의 역사와 배경을 매우 재미있게 설명하고, 그 배경 뒤에 나왔던 과학의 영웅들의 오리지널 논문들을 풀어간 것입니다. 과학사를 들려주는 책들은 많이 있으나 이처럼 일반인과 과학도의 입장에서 질문하고 이해하는 생각의 흐름을 따라 설명한 책은 없습니다. 게다가 이런 준비를 마친 후에 아인슈타인 등의 영웅들의 논문을 원래의 방식과 표기를 통해 설명하는 부분은 오랫동안 과학을 연구해온 과학자에게도 도움을 줍니다. 이 책을 읽는 독자들은 복 받은 분들일 것이 분명합니다. 제가 과학을 처음 공부할 때 이런 책이 있었다면 얼마나 좋았을까 하는 생각이 듭니다. 정완상 교수는 이제 새로운 형태의 시리즈를 시작하고 있습니다. 독보적인 필력과 독자에게 다가가는 그의 친밀성이 이 시리즈를 통해 재미있고 유익한 과학으로 전해지길 바랍니다. 그리하여 과학을 멀리하는 21세기의 한국인들에게 과학에 대한 붐이 일기를 기대합니다. 22세기를 준비해야 하는 우리에게는 이런 붐이 꼭 있어야 하기 때문입니다. - 남순건 (경희대학교 이과대학 물리학과 교수 및 전 부총장)
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요즘 새롭게 소개되는 과학 학습 방법인 과학자 따라 하기 중 하나가 노벨상 수상자들의 오리지널 논문 읽기입니다. 지난 10년 이내에 일반상대성이론과 관련하여 세 번에 걸쳐서 노벨상이 수여되었습니다. 이러한 시대적 맥락과 과학 학습 방법이라는 배경에서 이 책은 아인슈타인의 두 상대성이론의 기본 개념을 논문 원문 외에도 역사적인 배경과 관련 학자들의 일화와 함께 소개합니다. 어려운 논문을 바탕으로 상대성이론을 소개한 이 책을 통하여 아인슈타인이 당시에 가졌던 고민을 그의 동료와 어떻게 의사소통하면서 해결하고 이론을 정립하였는지 알아가는 좋은 기회가 되길 바랍니다. - 김성원 (이화여자대학교 과학교육과 명예교수)
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