인터넷서점 인터파크도서

이 책은 저자 리차드 파인만교수가 1995년 발간한 "파인만의 여섯가지 물리이야기<Six Easy Pieces>"가 출판한 후, 수 많은 사람들이 그의 강의에 매료되어 더 듣고 읽고 싶다는 요청이 쇄도하여 발간된 책이다. 그래서 파인만교수는 원조 강의록인 <Feynman Lectures on Physices>에서 여섯 개의 장을 추가로 발췌하여 이 책을 발간하였다.

저자는 이 책에서 양자론적 관점에서 해석한 아인슈타인교수의 ’상대성이론’을 설명한다. 그의 이론에 의하면 시간은 더 이상 균등하게 흐르지 않고 물체의 질량은 이동속도에 따라 수시로 변한다. 빛의 속도는 관측자의 운동상태에 상관없이 항상 일정하다. 이 책은 아인슈타인교수의 ’상대성이론’을 수학적으로 표현하고 입증하기 위해 가급적 쉬운 수학용어로 설명하고 있다.(물론, 그렇다고 쉬운 책은 절대 아니다.)

저자는 1장에서 ’벡터(Vectors)’, 2장에서 ’물리법칙의 대칭성(Symmetry)’, 3장에서 ’특수상대성이론(Special Theory of Relativity)’, 4장에서 ’상대론적 에너지와 운동량(Relative Energy & Momentum)’, 5장에서 ’시공간(Space-time)’, 6장에서 ’휘어진 공간’이라는 제목으로 상대성이론을 다루고 있다. 즉, 일반사람들이 생각하는 ’상대성’이 아니라 물리학이나 수학에서 정의하는 ’상대성’에 대한 개념을 수학공식을 통해 설명한다.

물리법칙에서의 ’상대성’이라 함은 시간과 공간의 대칭성, 보존법칙의 대칭성, 거울반전(Mirror Reflection), 극형벡터와 축벡터, 물질과 반물질 등을 예로 들 수 있으며, 특수상대성이론은 정지상태에 있는 질량이라 하더라도 무한한 에너지를 잠재하고 있음을 말해준다.(E=mc2)

이 책은 진지하게 물리학을 공부하고 싶은 고등생들이나 관련 분야 종사자들에게 적합한 책이다. 많은 수학과 물리학 용어들과 개념들이 등장하고 주요 설명과 증명을 수학공식을 통해 보여주기는 하나, 저자는 그래도 간략하고 쉽게 자신의 설명을 독자들에게 전달하려고 노력한 흔적이 많이 보인다.

실제 수학공식은 자신이 스스로 풀어보아야 이해하기가 쉽고 기억에 많이 남는다. 이 책이 재미있기는 하지만, 속 시원하게 ’내 것’으로 만들지는 못하겠다...ㅠ.ㅠ;;

[위키백과 사전]

특수상대성이론(特殊相對性理論, special theory of relativity), 줄여서 특수상대론은 알베르트 아인슈타인이 1905년 〈움직이는 물체의 전기역학에 대하여〉^[1]라는 제목의 논문으로 발표한 물리학 이론이다. 이것은 고전 역학을 대체할 이론으로서 맥스웰 방정식에서 다루고 있는 전자기학을 포함하고 있다. 특수상대론은 갈릴레오의 상대성 원리를 일반화하여 모든 관성계의 역학 및 전자기학을 포함하는 모든 물리 법칙이 서로 상대적이며, 특정 계에 의존하지 않는 방법으로 정지 상태를 정의하는 것은 불가능하다고 주장한다. 이론에 따르면 빛의 속도는 이를 방출하는 물체와 관찰자 사이의 상대운동에 무관하게 언제나 일정하다.^[2]

특수상대론은 여러 가지 놀라운 예측을 하는데, 이 예측들은 전부 실험에 의해 검증되었다.^[3] 이 이론은 뉴턴의 절대적 시공간 개념을 부정하고, 관찰자의 운동 상태에 따라 길이와 시간 간격이 다르게 측정된다고 한다. 또한 이론에 따르면 물질과 에너지는 E = mc²이라는 공식에 따라 서로 변환 가능한 등가의 것이며, 이를 질량-에너지 등가성이라 한다. 그러나 특수상대론은 다루어지는 속도들이 빛의 속도에 비해 훨씬 작은 일상적인 영역에 대해서는 뉴턴 역학의 예측과 일치한다.

특수상대론은 상대성 원리를 오로지 관성계에 대해서만 적용시킨다는 점에서 "특수"하다. 아인슈타인이 나중에 개발한 일반상대론은 이를 중력의 영향을 포함한 임의의 계에 적용되도록 확장시킨 것이다. 특수상대론은 시간 등의 몇몇 양이 상대적인 것임을 밝혀냈으나, 동시에 그동안 상대적이라 여겨졌던 몇몇 양이 실제로는 절대적임을 보여주었다. 대표적으로 빛의 속도는 서로 다른 속도로 움직이는 모든 관찰자에게 동일하게 측정되는 것이다. 즉 이 이론에서 빛의 속도는 단순히 어떤 현상이 일어나는 속도가 아니라, 근본적으로 시간과 공간이 얽힌 모양을 규정하는 양이다. 특히, 특수상대론에 따라 질량을 가진 어떤 물체도 광속까지 가속될 수 없다

일반 상대성 이론(一般相對性理論 )은 아인슈타인이 특수 상대성 이론을 발표한 10년 후에 논문이 만들어졌다. 그 내용은 임의의 좌표계에 대해서 역학법칙의 상대성원리가 성립할 수 있는 것을 요구하는 이론이다.이것은 1916년 아인슈타인의 등가원리를 출발점으로 하여 만유인력을 겉보기에 힘이 동등한 것으로 표현하기 위해 시공세계를 리만 공간으로 가설하고 그 기본 텐서 $g μν$ 에 의하여 만유인력은 임의적으로 결정된다고 생각했다. 공간좌표를 $x 1 x 2 x 3$ 으로 하고 시간좌표를 $x 4$ 로 하면, 세계선의 선소 $d s$ 는 $d s 2 = g μν d x μ d x ν$ 로 표시된다. 만유인력 이외의 힘에 작용되지 않는 점인 측지선은 $\delta \int ds = 0$ 으로 주어지고, 또 빛의 경로는 조건에 만족시킬 수 있는 측지선이 된다.

$g μν$ 와 물질 및 에너지의 분포와의 관계는 밑에 있는 만유인력 방정식으로 주어진다. $8π T μν = R μν - R g μν / 2 + λ g μν$

$T μν$ : 에너지 운동량 텐서
$G μν$ : 아인슈타인 텐서 = $G μν = R μν - R g μν / 2$
$R μν$ : 리치 텐서 (Ricci Tensor)
$R$ : 리치 스칼라 (Ricci Scalar)
$λ$ : 매우 작은 상수, 우주상수