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구체적 사례와 개념으로 접근하는 상대성 이론

헤르만 본디는 이전 연구자들과 달리 뉴턴의 아이디어에서 상대성 이론을 유도한다. 그는 상대성 이론을 혁명적이거나 고전역학을 파괴한 것이라기보다는 오히려 인간이 광속에 가까운 속도를 다루기 시작할 때 피할 수 없는 유기적인 성장으로 본다.

50년 동안 사람들은 서로 상대적으로 움직이는 좌표계들에 관한 로렌츠 변환에서 시작하여, 그 변환식으로부터 특수 상대성 이론의 개념들과 특징적인 효과들을 밝혀 왔다. 헤르만 본디는 그 과정을 완전히 뒤집었다. 그는 먼저 이러한 개념들과 효과들을 확립하고 나서 간단한 대수로 그것이 어떻게 로렌츠 변환에 이르는가를 나타내 보인다. 이처럼 초심자들은 상대성 이론에 대한 헤르만 본디의 접근 방법을 통해 독특한 장점을 맛볼 수 있을 것이다. 그는 뉴턴의 아이디어에 대한 이해를 이용해서 상대성 이론의 개념들을 전개하고, 상대론적 개념을 사용하여 한 스텝에서 다음 스텝으로 논리적으로 발전하는 수학적 형식을 유도했다. 따라서 이 책을 읽는 독자들은 확신을 가지고 나아갈 수 있다.

과학 연구 총서
서문

1장. ‘거인들의 어깨 위에’
2장. 운동량
3장. 회전
4장. 빛
5장. 음파의 전파
6장. 빛의 특이성
7장. 일반 상식에 관하여
8장. 시간의 본질
9장. 속도
10장. 좌표와 로렌츠 변환
11장. 빛보다 빠른?
12장. 가속도
13장. 질량 증가

여기에서는 상대성 이론에 대한 우리의 간략한 개관을 결론지으려 한다. 나는 한때 매우 신비스럽게 고려되었던 이 이론이 실제로 일상적인 아이디어의 높은 속도 영역에 대한 가장 명확하고 명쾌한 확장에 지나지 않음을 보여 주었기를 희망한다.
상대성 이론에 익숙하지 않은 것은 단지 높은 속도가 익숙하지 않기 때문이다. 높은 속도의 세계를 다른 어떤 방법으로도 그렇게 간단명료하게 기술할 수 없을 것이다. 그러나 과학 이론의 중요한 목적은 단지 간단명료하게 하는 것도 아니며 풍부한 경험과 관찰의 통일만도 아니다. 그 목적은 우리가 여기에서 말한 것처럼 사실들을 짜 맞추어야 하는 데 있다. 상대성 이론만큼 확인하고 검사하고 또 대조 확인한 이론은 아마 물리학의 다른 분야에서는 없을 것이다. 물론, 문제를 단순하게 하려고 우리가 여기서 고려했던 모든 이상 실험 자체가 실제로 검증된 것은 아니다. 그러나 우리가 고려했던 실험들의 상황에는 이 이론이 그런 특정한 상황에도 정확히 들어맞는다는 것을 말해 주는 이론과 관찰의 연결점들이 많다.
입자 가속기나 광학에 관계없이 어디에서나 높은 속력이 발생하면 상대성 이론은 어디서나 관찰을 완벽하게 검사해 왔다. 상대성 이론은 우리들의 자연에 대한 이해에 모든 물리 이론이 잘 짜 맞추어져야 한다고 믿는 기준계를 더 추가했다. 만약 상대성 이론이 어렵지 않고 신비하지 않다는 것을 보여 줄 수 있으면 이 책은 그 목적을 달성한 셈이다.

- 「제13장 질량 증가」 중에서 ‘이론과 관찰’