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“뉴턴의 세상에서 아인슈타인의 세상으로!”

청소년을 위한 눈높이 상대성이론 이야기! 수식에 두려움을 갖는 사람도 아인슈타인의 E=mc2 공식은 친숙하게 느껴질 것이다. 이 공식 다음으로 친숙한 물리공식이 있다면 뉴턴의 F=ma가 아닐까. 여기서 F는 힘(force), m은 질량(mass), a는 가속도(acceleration)다. 이 공식은 뉴턴의 두 번째 운동법칙을 나타내는 공식으로 ‘가속도의 법칙’이라고 부른다.

이 책은 뉴턴의 F=ma 공식에서 아인슈타인의 E=mc2으로 변화되는 과정을 알게 될 때 이미 우리가 알아왔던 세상과 우주는 완전히 다른 세상과 우주로 보인다는 것을 아빠와 자녀의 대화로 알기 쉽게 풀어가고 있다. 즉, 절대성과 상대성은 무엇이 다르고, 세상에 절대적인 시간, 질량 등이 존재할 수 있는지. 그리고 우리가 느끼는 것들이 절대적으로 보이긴 하지만 사실 그 어떤 것도 절대적인 것은 존재하지 않는다는 상대성이론의 논리를 도해와 좌표 등으로 흥미롭게 설명해주고 있다.

“아빠! 상대성이론이 뭐예요?”

아빠와 자녀가 대화형식으로 아인슈타인의 상대성이론의 빛(전파)과 여러 가지 현상(질량, 속도, 우주 등)에 대해 도해로 알기 쉽게 꾸민 책이다. 지금까지 교과서에서 배웠던 과학이론은 절대 변하지 않는 진리임을 의심하지 않았다. 하지만 과학자들의 수많은 실험과 검증을 통해 그들은 빛의 속도가 일정하다는 사실을 알아냈고, 또 거듭된 실험과 검증으로 아인슈타인은 세상을 깜짝 놀라게 할 논문을 발표하기에 이르렀다.
“철학은 과학으로부터 결론을 얻어야 한다.”는 아인슈타인의 말을 곱씹어보면 진리를 탐구하는 철학은 항상 논리적이고 합리적인 방법으로 진리에 접근하고자 노력하였다. 그런데 이전의 상식으로 볼 때, 합리적이지도 논리적이지도 않은 사실이 현실에 존재함을 아인슈타인을 포함한 여러 과학자들이 발견하게 된다. 이렇듯 과학에 있어 진리는 오랜 기간에 걸쳐 다양한 이론이 등장함으로써 형성되고 변화해왔다. 우리가 과학 시간에 배우는 많은 개념들은 과학자들이 세상을 이해하는 방식을 찾기 위해 치열하게 검증하는 과정에서 현재까지 이르게 된 것이 아닐까.
이 책은 인문학도를 꿈꾸는 자녀가 자신과 아무런 관련이 없어 보이는 아인슈타인의 상대성이론에 대해 아주 초보적인 질문에서부터 출발하여 결코 철학이 과학과 무관하지 않음을 아빠의 쉬운 설명을 통해 세상을 이해해가는 흥미로운 이야기이다.

1장 상대성이론에 들어가기 전에
1-1 왜 상대성이론을 알아야 하나?
1-2 갈릴레이의 상대성원리
1-3 코페르니쿠스의 혁명
1-4 광속 불변의 법칙

2장 특수상대성이론 - 등속도 세계의 물리 법칙
2-1 동시성의 파괴 - 움직이는 물체의 시간은 다르게 흐른다.
2-2 움직이는 물체의 시간이 느리게 가는 이유
2-3 특수상대성이론을 최초로 확인시켜준 ‘뮤온’
2-4 움직이는 물체의 길이가 축소되는 이유
2-5 우주에서 가장 빠른 속도는 광속이다.
2-6 움직이는 물체의 질량이 증가하는 이유
2-7 E = mc² - 질량이 곧 에너지다.
2-8 4차원의 시공간 - 민코프스키 공간

3장 일반상대성이론 - 가속도 세계의 물리 법칙
3-1 특수상대성이론과 일반상대성이론의 차이점
3-2 관성력과 중력은 힘이 아니다.
3-3 중력장과 휘어진 시공간
3-4 등가원리와 일반상대성이론
3-5 일반상대성이론을 최초로 확인시켜준 휘어진 별빛
3-6 중력장과 시간의 지연
3-7 블랙홀과 특이점 - 일반상대성이론의 사각지대
3-8 만유인력 법칙과 일반상대성이론의 차이점
3-9 상대성이론의 결말 - 시간과 공간, 물질과 에너지의 통합

상대성이론을 마치면서

부록
4-1 민코프스키의 세계선
4-2 방정식 E=mc² 구하기

참고 문헌
찾아보기

상대성이론을 왜 자연과학이나 공학을 전공하는 사람뿐만 아니라
인문학을 전공하는 사람들도 알아야 할까?

“철학은 과학으로부터 결론을 얻어야 한다.”는 아인슈타인의 말을 기억하니? 진리를 탐구하는 철학에서는 논리적이고 합리적인 방법으로 진리에 접근하려고 한단다. 그런데 과거의 상식으로 볼 때, 합리적이지도 논리적이지도 않은 사실이 현실에 존재한다는 것을 아인슈타인을 포함한 여러 과학자들이 발견하게 되었단다.
가령, ‘시간과 공간과 질량은 속도에 따라 변한다.’ ‘A가 B를 보면 B의 시간이 느리게 가고, B가 A를 보면 A의 시간이 느리게 간다.’ ‘우리가 사는 우주에서 삼각형 내각의 합은 180도가 아니다.’ 등 과거 칸트와 뉴턴의 시대에서는 도저히 인정할 수 없었던 새로운 명제가 바로 그 예란다. 그렇다면 합리적이며 논리적인 방법으로부터 얻어진 철학적 결론을 과연 진리라고 할 수 있을까? “철학은 과학으로부터 결론을 얻어야 한다.”는 아인슈타인의 말을 이해할 수 있겠니?
- P 244쪽 중에서