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‘끼’ 많은 현대물리학의 빛 이야기

물리학의 대상이 되는 세계를 바라보면 새삼 그 영역의 광대함에 놀라게 된다. 이를테면 대상의 크기에만 주목하더라도, 작게는 쿼크에서부터 크게는 우주의 끝까지 그 비율은 10의 40제곱을 능히 넘어서 있다. 거의 자연계를 송두리째 상대하고 있다고 해도 지나친 말이 아니다. 또 근대로부터 현재까지의 역사를 더듬어 보더라도, 물리학자의 관심은 시대마다 여러 가지 문제로 돌려지고 각광을 받는 테마도 다양하게 변천해왔다. 그런 의미에서 물리학은 다분히 ‘끼’가 많다고나 할까 ‘바람둥이’ 학문일지도 모른다. 이토록 다채로운 물리학 가운데 시대와 분야를 초월하여 항상 중요한 자리를 차지해 온 것이, 바로 이 책의 주인공인 「빛」이다.

시험 삼아 근대 물리학의 탄생이나 고전 물리학의 완성, 현대 물리학으로의 변혁 등 역사의 커다란 마디마디로 눈을 돌리면, 거기에는 여러 가지 형태로 빛이 깊숙이 관여한다는 사실을 알게 된다. 그래서 빛을 단면으로 삼아, 거대화한 현대물리학의 프로필을 그려 본 것이 이 책이다. 이것이 물리학을 고찰하는 새로운 시도로 독자 여러분이 즐겨 준다면 다행이다.

제1장 태초에 빛이 있었느니라
1. <천지 창조> 이야기
2. 지구의 탄생은 기원전 4004년?!
3. 다윈의 고민
4. 연기된 「최후의 심판」
5. 우주의 탄생은 빛과 더불어
6. 인간의 뿌리는 원시의 빛

제2장 근대 과학은 빛의 연구와 더불어
1. 알렉산더 대왕의 가정교사
2. 색채를 결정하는 것은 무엇인가?
3. 뉴턴의 첫 논문
4. 결정적 실험
5. 사변(思辨)으로부터 과학으로
6. 갈릴레이의 「유쾌한」 실험
7. 빛의 속도는 유한한가?
8. 브래들리의 직감
9. 천문학과 빛의 연구

제3장 고전 물리학과 빛의 정체
1. 멀티 인간, 영의 주장
2. 뉴턴의 그림자가 빛의 파동설을 뒤덮다
3. 빛의 원소는 존재하는가?
4. 파동설 없이는 빛의 회절도 없다
5. 푸코가 던진 결정타
6. 19세기의 물리학
7. 전자기학의 시초
8. 패러데이와 「콜럼버스의 달걀」
9. 빛은 전자기파
10. 자연은 수학의 말로써 쓰인 책
11. 다시 광속도에 대하여

제4장 상대성 이론과 빛의 속도
1. 아인슈타인 소년의 패러독스
2. 기준이 바뀌면 속도도 바뀐다
3. 광속의 기준은 에테르?
4. 에테르의 존재는 상황 증거뿐
5. 아인슈타인도 에테르의 존재를 믿고 있었다
6. 광속도의 특이성
7. 광속도는 항상 일정하다!
8. 어떤 것도 광속의 벽을 넘지 못한다
9. 「광속도의 대칭성」은 상대론의 기초

제5장 양자 역학과 빛
1. 철혈 재상 비스마르크
2. 용광로의 온도 측정
3. 플랑크의 기묘한 가설
4. 빛의 에너지는 불연속
5. 빛은 입자이기도 하고 파동이기도 하다
6. 광자와 전자의 당구
7. 아름다운 시대의 유산-드 브로이의 물질파
8. 증명된 전자의 파동성
9. 원자의 구조와 「죽음의 나선 계단」
10. 양자 역학에 의해서 극미의 세계로

제6장 반물질의 세계와 빛의 매개
1. 「거미줄」
2. 음의 에너지를 갖는 전자는 존재하는가?
3. 디랙의 진공
4. 진공에 뚫린 구멍-양전자
5. 빛과 거미줄
6. 요술 주머니
7. 「애꾸눈의 나라」와 반물질의 세계
8. 10억 분의 1의 차가 가져다 준 것

제7장 빛은 힘의 운반꾼
1. 「소립자의 통조림」
2. 광자 공장이란?
3. 전자를 둘러싸는 광자의 구름
4. 불확정성 관계
5. 힘이란 광자의 교환이다
6. 강한 힘과 약한 힘
7. 힘과 입자의 관계
8. 힘의 통일과 ‘원시의 빛’

제8장 빛의 자, 빛의 시계
1. 독설가 볼테르와 지구의 형상
2. 1m의 제정
3. 미터 원기로부터 빛의 파장으로
4. 빛의 파장은 흐릿하다
5. 광속도를 길이의 단위로
6. ‘빛의 시계’는 비길 데 없이 정확하다
7. 물리학의 기본 단위

제9장 에필로그-만약에 광속값이 달라졌더라면
1. 지구 밖 지적 생명의 탐사
2. 코페르니쿠스적 전환은 다시 있을까?
3. 우주와 보편 상수
4. 야구의 룰이 달라졌더라면
5. 만약 중력 상수가 달라졌더라면
6. 만약 광속 c가 달라졌더라면
7. 힘의 전달과 광속
8. ‘기적’의 귀결