1. 누구나 이해할 수 있는 상대성 이론(개정 신판)

1장 다이제스트 상대성 이론
특수 상대성 이론 요약 / 일반 상대성 이론 요약

2장 상대성 이론이 나오기까지
16세의 공상 / 에테르의 수수께끼 / 에테르를 찾아내는 실험 / 절대 좌표와 절대 시간 / 천동설과 지동설 / 상대성 원리 / 관성계는 어느 것이나 동등하다 / 광속도 불변의 원리 / 요점 정리 : 상대성 이론이 나오기까지

3장 특수 상대성 이론이란 무엇인가?
동시성의 불일치 / 시간의 흐름이 느려진다 / 시간이 느려지는 것은 ‘피장파장’이다 / 속도의 덧셈 / 공간이 줄어든다 / 공간이 줄어드는 것도 ‘피장파장’이다 / 상대성 이론을 체험하는 입자 / 질량이 커진다 / 질량이란 무엇인가? / 질량 = 에너지 / 요점 정리 : 특수 상대성 이론이란 무엇인가?

4장 일반 상대성 이론이란 무엇인가?
중력에 대한 도전 / 등가 원리 / 일반 상대성 이론의 핵심 / 휘어지는 빛 / 공간이 휘어진다 / 휘어진 공간과 빛 / 중력이 공간을 휘게 한다 / 휘어진 공간이란? / 중력에 의해 느려지는 시간 / 요점 정리 : 일반 상대성 이론이란 무엇인가?

5장 상대성 이론의 의미
그리고 우주론으로 / 상대성 이론이란 결국 무엇인가?

Q&A 1. 아인슈타인의 생애는 어떠했는가?
Q&A 2. 아인슈타인이 추구한 것은 무엇인가?
Q&A 3. 빛이란 과연 무엇인가?
Q&A 4. 왜 광속은 누가 보아도 같을까?
Q&A 5. 광속도 불변의 원리는 어떤 실험으로 확인되었을까?
Q&A 6. ‘동시성의 불일치’란 어떤 의미일까?
Q&A 7. 왜 시간의 흐름이 느려질까?
Q&A 8. ‘쌍둥이의 패러독스’란 무엇인가? ①
Q&A 9. 광속에 가까운 속도에서는 ‘실제로’ 물체가 줄어들까?
Q&A 10. 광속에 가까운 속도에서 질량이 커질 때 무엇이 늘어날까?
Q&A 11. ‘질량 = 에너지’의 핵반응 이외의 사례는?
Q&A 12. 질량에서 에너지로 가장 효율적으로 변환되는 반응은?
Q&A 13. 중력으로 빛이 휘어지는 현상을 실감할 수 있는 사례는?
Q&A 14. 공간의 휘어짐이란 어떤 것인가?
Q&A 15. 중력에 의한 시간의 느려짐과 특수 상대성 이론의 경우의 차이는?
Q&A 16. 상대성 이론에서 말하는 시간의 느려짐을 알 수 있는 사례는?
Q&A 17. ‘쌍둥이의 패러독스’란 무엇인가? ②
Q&A 18. 우주의 팽창을 어떻게 상상하면 좋을까?
* 독자 모니터의 ‘더 알고 싶다!’ Q&A 모음

2. 우주의 형상과 역사

Part 1 우주관의 변천
고대의 우주관
움직이는 것은 하늘일까, 땅일까?
우주를 탐색하는 눈
우주는 더 넓다
우주의 대규모 구조
우주는 진화한다
새로운 우주의 모습?우주도

Part 2 우주의 형상
빛의 속도는 유한
4차원 시공을 3차원으로
광원뿔
우주는 구체(??인가?
상대성 이론
우주는 팽창했다
빅뱅
팽창 우주에서의 광원뿔
공간의 팽창과 빛의 경로
과거의 우주 모습
현재의 우주란 무엇일까?
천체까지의 3개의 거리
작은 우주가 왜 크게 보일까?
우주의 끝 중심 가장자리
우주는 무한
변동하는 우주 팽창의 형상
우주의 대규모 구조

PART 3 우주의 역사
인플레이션과 빅뱅
모든 것을 만들어 낸 3분
우주의 맑게 갬
우주 마이크로파 배경 복사
가장 먼 은하
항성의 출현과 별의 일생
원소의 대순환
핵융합 반응과 별의 수명
부풀어 오르는 적색 거성
행성상 성운과 초신성 폭발
태양계의 탄생
지구와 달의 형성
자기장의 발달
지구 생명의 탄생과 진화
천체 충돌
우주 속의 지구
태양계의 천체와 생명
계외 행성

Part 4 우주의 역사를 거슬러 올라간다
인간은 어디에서 왔을까?
현재에서 과거로, 우주도를 따라 되돌아가 보자

칼럼 138
* 우주의 두 지평선
* 우주도가 완성되기까지

3. 차원이란 무엇인가?

제1장 차원이란 무엇인가?
차원의 정의 / 1차원과 2차원 / 2차원과 3차원 / 그림자로 형태를 알 수 있을까? / 2차원은 3차원의 그림자? / 제4의 차원 ‘시간’ / 시간의 ‘흐름’

제2장 아인슈타인과 차원
특수 상대성 이론 / 시공 다이어그램의 기초 지식 / 시공 다이어그램 / 민코프스키의 시공 다이어그램 / 중력과 일반 상대성 이론 / 휘어진 공간의 기하학 / 소립자와 힘 / 네 가지 힘 / 네 가지 힘의 통일

제3장 고차원 공간의 세계
4차원 공간이란? / 4차원 초입체를 ‘본다’ / ‘초입방체’란? / 4차원 공간에서는 어떤 일이 일어날까? / 1차원으로 보이는 세계도… / 제5의 차원은 어디에?

제4장 초끈 이론과 브레인
초끈 이론의 등장 / 둥글게 뭉쳐진 차원 / 브레인이란? / 열린 끈과 닫힌 끈 / 그 밖의 브레인과의 관계 / 훈어진 잉여 차원 모델 / LHC에서의 실험

제5장 랜덜 교수에게 듣는다
차원의 탐구 특별 인터뷰
‘제5의 차원’은 실증된다

더 알고 싶다! 칼럼
3차원이 보이지 않는다!? / 물리 법칙은 시간의 방향과 관계없다? / 특수 상대성 이론이란? / 휘어진 면의 최단거리는? / 4차원 공간을 사용하면 우리에서 탈출할 수 있다!?

더 알고 싶다! Q&A
Q1. ‘휘어진 면’은 3차원이 아닐까?
Q2. 1차원과 2차원의 중간에는 무엇이 있을까?
Q3. 시간은 왜 1차원밖에 없을까?
Q4. ‘4차원 시공’이란 무엇을 의미하는가?
Q5. ‘4차원 공간’이란 무엇을 의미하는가?
Q6. 차원이 서로 다른 세계에서는 물리의 법칙도 바뀔까?
Q7. ‘제5의 차원’은 어디에 있을까?
Q8. 블랙홀은 과연 몇 차원 공간일까?
Q9. ‘보이지 않는 차원’은 정말 존재할까?
Q10. 갓 태어난 우리의 우주는 몇 차원이었을까?
Q11. ‘브레인 월드’란 무엇인가?
Q12. 평행 우주는 정말 존재하는 것일까?

4. 시간이란 무엇인가?

PART 1 시간이란 무엇인가?
● 절대 시간과 절대 공간
● 상대성 이론과 시간
● 속도와 시간의 늦어짐
● 동시의 상대성
● 블랙홀
● 시간은 거꾸로 흐르는가?
● 미래로의 시간 여행
● 웜홀
● 열린 우주와 닫힌 우주

PART 2 시공간을 넘어서
● 시공간이란 무엇인가?
● 상대성의 원리
● 광속도 불변의 원리
● 중력과 시공간
● 블랙홀과 시공간
● 에너지와 물질
● 속도와 거리
● 쌍둥이 패러독스
● 은하계 중심까지의 여행

PART 3 시간의 수수께끼
● 생물 시계의 메커니즘
● 심리적 시간
● 체중·연령과 생리적 시간
● 반물질의 시간 여행
● 시간의 화살
● 엔트로피
● 시간 여행
● 웜홀의 원리
● 우주끈
● 평행 세계
● 시간 여행 특별 인터뷰

PART 4 물리적 시간과 생물적 시간
● 과학의 발전을 떠받치는 ‘1초’
● 생물 시계의 얼개

5. 블랙홀 화이트홀

제1장 블랙홀이란 무엇인가?
다이제스트 블랙홀 다이제스트 화이트홀 웜홀

제2장 블랙홀 입문
중력이란 무엇인가?
보이지 않는 천체
상대성 이론의 탄생
슈바르츠실트의 해(?
백색 왜성
블랙홀이 생기는 메커니즘
중성자별 펄서
블랙홀의 관측
블랙홀의 후보 발견
쌍성계 블랙홀의 메커니즘

제3장 거대 블랙홀
거대 블랙홀
은하계의 중심
거대 블랙홀의 메커니즘
거대 블랙홀 갤러리

제4장 좀더 알고 싶은 블랙홀
블랙홀의 종류
블랙홀의 조석력
에르고 영역
고리 모양의 특이점
시간의 느려짐
미니 블랙홀
블랙홀의 증발
블랙홀의 미래

제5장 화이트홀과 웜홀
화이트홀이란 무엇인가?
화이트홀의 관측
빅뱅은 화이트홀?
웜홀이란 무엇인가?
극히 미세한 웜홀
막우주와 웜홀

제6장 블랙홀의 최첨단 연구와 이용
퀘이사의 수수께끼
감마선 버스트
중력파
인공 블랙홀

제7장 양자 중력 이론
양자 중력 이론

좀더 알고 싶다! 19개 칼럼
지구를 어느 정도 압축하면 블랙홀이 될까? / 질량이 전혀 없는 빛이 중력으로 휘어진다는 것은 무슨 뜻인가? / 질량의 차이에 따른 다양한 별의 일생 / 블랙홀 관측을 개척한 X선 천문 위성 / 거대 블랙홀의 상대성 이론 효과를 포착했다 / 가시광선으로도 포착된 블랙홀의 유력한 증거 / 우리은하 중심부의 최신 상세 관측 / 300년 전, 우리은하의 중심은 폭발적으로 활동했다 / 블랙홀 가까이에서 밤 하늘은 어떻게 보일까? / 강착 원반을 멀리서 보면 어떻게 보일까? / 미시 세계를 규명하는 양자론 / 미니 블랙홀은 암흑 물질의 후보? / 퀘이사가 화이트홀이라고 주장한 노비코프 / 퀘이사의 정체는 초대질량 블랙홀 / 감마선 버스트가 수백만 년에 한 번 지구를 습격한다? / 태양 질량 180억 배의 초거대 블랙홀 발견 / 블랙홀을 망원경으로 이용한다 / 블랙홀을 이용해 발전한다 / 블랙홀을 이용해 쓰레기 문제도 해결

6. 시간과 공간

제1장 시간·공간·우주와 아인슈타인
아인슈타인은 이렇게 생각했다

제2장 시간의 개념을 바꾼 특수 상대성 이론
상대성 이론이란? / 절대 시간 / 빛과 전자기파 / 에테르 / 특수 상대성 이론의 완성 / 광속도 불변의 원리 (1), (2) / 동시의 상대성 / 시간이 느려진다 / 시간이 느려지는 예 / 길이가 줄어든다 / E=mc@2 / 초고속 우주여행 / 천체의 색깔 변화 / 쌍둥이의 패러독스 /
우주여행과 특수 상대성 이론 / 상대성 이론으로 우주 비행을 해 보자

제3장 중력을 설명한 일반 상대성 이론
등가 원리 / 빛의 휘어짐 / 중력 렌즈 효과 / 중력 렌즈 천체 / 블랙홀 / 블랙홀이 생기는 방법 / 블랙홀의 유력 후보 / 중력파 / 타임머신 (1), (2) / 우주를 규명하는 일반 상대성 이론 / 중력파로 미지의 우주를 탐색한다

제4장 아인슈룅인을 넘어서는 현대 물리학
우주의 끝 / 우주의 밀도 / 암흑 물질 / 암흑 에너지 / 우주의 미래 / 빅뱅 / 인플레이션 / 우주의 시작 / 양자 중력 이론 / 아인슈타인과 양자론 / 통일장 이론의 길 / 우주의 시작에 대한 도전 / 상대성 이론을 뒤흔드는 '슈퍼 우주선'의 수수께끼