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ⅰ. 서문
1부: 시작 1. 블랙홀 여행 2부: 아인슈타인의 특수 상대성 이론 2. 달리는 빛 3. 공간과 시간을 다시 정의하다 4. 새로운 상식 3부: 아인슈타인의 일반 상대성 이론 5. 뉴턴의 불합리성 6. 중력을 다시 정의하다 4부: 상대성이 지니는 의미 7. 블랙홀 8. 팽창하는 우주 에필로그: 우주에 남긴 발자국 ⅱ. 감사의 말 |
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기존의 상식에 따르면, 우리는 두 사건이 동시에 일어났는가, 아니면 한 사건이 다른 사건보다 먼저 일어났는가에 대해 모든 사람이 의견이 같아야만 한다고 생각한다. 예를 들어, 당신이 사과 나무 두 그루에서 각각 사과 한 개씩(하나는 빨간 사과, 하나는 녹색 사과)이 땅에 동시에 떨어지는 것을 본다면, 당신은 다른 사람들도 모두 두 사과가 동시에 땅에 떨어졌다고 생각할 것으로 기대한다(두 나무에서 오는 빛의 이동 시간의 차이를 감안했다고 가정할 경우). 마찬가지로, 녹색 사과가 빨간 사과보다 먼저 땅에 떨어지는 것을 봤는데, 어떤 사람이 빨간사과가 먼저 땅에 떨어졌다고 말한다면 당신은 매우 놀랄 것이다. 자, 그럼, 이제 놀랄 준비를 하시라.
--- 본문 중에서 이들 아이디어를 명확히 이해하기 위해, 당신의 블랙홀 여행을 다시 한 번 생각해보자. 빛의 속도에 가까운 속도를 내기 위해, 그리고 지구로 돌아오기 위해 당신은 엄청나게 가속을 했다. 이들 가속은 극도로 강한 중력과 같고, 일반 상대성 이론에 따르면 가속하는 기간 동안 당신의 시계는 지구의 시계보다 훨씬 더 느리게 간다. 그래서 지구에 돌아왔을 때 당신은 지구 사람들보다 나이가 적게 들어 있다. 여기 좋은 소식도 있다. 앞에서 우리는 거의 즉각적인 가속을 하는 것으로 가정했다. 그래서 당신에게 얼마만큼의 시간 지연이 일어나는가를 계산하기에는 쉬웠지만(특수 상대성 이론의 간단한 공식을 사용할 수 있었다), 가속의 힘 때문에 당신이 죽는다는 단점이 있었다. 우리는 이제 더 안전한 여행을 제공할 수 있다. --- 본문 중에서 |
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어린이가 더 빨리 이해하는 상대성 이론
상대성 이론은 현 시대를 관통하는 가장 위대한 이론 중에 하나이며, 핵발전, GPS 등 그 이론이 실용적으로 이용되는 데도 많이 있다. 그러나 우리는 상대성 이론을 모른다. 일반적으로 상대성 이론에 대해 알고 있는 것은 E=MC²이라는 공식 하나다. 이 책의 저자는 초등학생과 중학생을 대상으로 상대성 이론의 핵심 아이디어를 강의했는데, 어른보다 오히려 그 개념을 빨리 이해하는 것을 보고 깜짝 놀랐다고 한다. 우리는 일반적으로 뉴턴적 사고를 하고 있기 때문에 상대성 이론에서 이야기하는 시간과 공간 개념을 쉽게 받아들이지 못한다. 하지만 아이들은 그런 ‘선입견’이 없었기 때문에 상대성 이론을 쉽게 받아들였다는 것이다. 저자는 그 경험을 바탕으로 일반인에게도 쉽게 상대성 이론을 설명하기 위해 이 책을 썼다. 그리고 그 목적은 성공한 듯하다. 살아 있는 아이디어 상대성 이론 이 책은 블랙홀이라는 개념부터 이야기를 풀어나간다. 태양이 갑자기 블랙홀이 된다면? 보통은 모두 블랙홀에 빨려 들어갈 것이라고 예상할 것이다. 하지만 블랙홀은 어마어마한 중력을 가진 물질(거의 에너지만 남았지만)이기 때문에 지구는 별 일 없이 블랙홀이 된 태양 주변을 돌 것이다. 여기서부터 이 책의 궁금증이 시작된다. 왜 그렇지? 이렇듯 상대성 이론은 우리가 우주를 이해하고, 사물의 원리를 이해하는 데 매우 중요한 이론이며, 심지어 실험적으로도 아인슈타인의 아이디어가 거의 맞는다고 증명되고 있다. 그리고 그 증명된 이론은 우리의 실생활에도 매우 잘 이용되고 있다. 너무나 쉬운 상대성 이론 1. 자연의 법칙은 누구에게나 똑같다 2. 빛의 속도는 누구에게나 똑같다 이 두 가지 원칙만 받아들이면, 특수 상대성 이론을 이해하는 놀라운 일이 펼쳐진다. “시간과 공간은 하나이며, 시공간은 중력에 의해 휘어진다”라는 일반 상대성 이론의 머리 복잡한 개념이 수식이나 공식 없이, 몇 개의 그림과 종이 접기(!)로 이해된다. 아마도 이렇게 쉬운 상대성 이론 서적은 없을 것이다. 더 나아가 팽창하는 우주의 신비와 블랙홀이 만들어지는 복잡한 과정, 우주의 나이까지 습득하며, 지식의 지평이 넓어질 것이다. |