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아인슈타인의 숙제
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분류 청소년-과학/수학
저자 후쿠에 준 (福江純) ( 역자 : 고은진 )
출판사/발행일 문학사상 / 2004.04.30
페이지 수 208 page
ISBN 897012635X
상품코드 2101071
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책내용
만화와 그림으로 엮은, 내 친구 아인슈타인? ― 상대성 이론의 불가사의하고 재미있는 세계
만화와 그림을 곁들인 쉬운 설명으로 상대성 이론의 세계와 그런 현상이 일어나는 근본적 원리에 대해 재미있게 풀이한 《아인슈타인의 숙제》가 출간되었다.
《아인슈타인의 숙제》는 자연과학에 관심이 많은 청소년뿐 아니라 일반인 역시 그동안 막연하게만 여겨왔던 아인슈타인의 이론에 보다 용이하게 접근할 수 있도록 기획된 책이다.
아인슈타인은 자연계의 형성 과정과 구조에 대해 끊임없이 의문을 제기했으며, 몇 가지의 근본적인 문제를 해결하였고 또한 우리에게 많은 숙제를 남기기도 했다. 아인슈타인의 이론을 총 11개의 장으로 나눈 이 책은 그가 남긴 명언을 키워드로 하여, 자연이나 우주에 대한 질문을 던지고 발상의 전환을 통해 원리에 접근하는 방식을 택했다. 각 장의 도입부에 만화를 삽입해 호기심과 흥미를 유발하는 한편, 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 예를 들어 딱딱하고 지루해지기 쉬운 물리학 이론에 독자들이 부담 없이 다가설 수 있도록 도와준다.

세계에 대해 가장 이해되지 않는 것은 세계를 이해할 수 있다는 것이다
물리적 세계의 통일이란 이를 지배하는 물리 법칙의 공통화요, 최소의 법칙으로 모든 사상(事象)을 설명하는 데 있다. 그러나 구체적인 값을 계산하기 위한 기본 수식을 제외한다면, 이해의 본질은 수식에 있지 않다고 저자는 말한다. 모든 법칙의 본질은 수식에 의하지 않는 직감적인 것, 다시 말해 감성적인 것이기 때문이다.
법칙의 통일을 꿈꾸었던 아인슈타인 역시 “세계에 대해 가장 이해되지 않는 것은 세계를 이해할 수 있다는 것이다.”라고 말한 바 있다. 그가 남긴 숙제도 마찬가지다. 가장 중요한 것은 옳은 길을 탐구해가는 과정이기 때문이다. 우주와 자연이 던지는 문제에는 정답이 존재하지 않으며, 문제 자체가 자연의 표상, 그 배후에 숨어 있기 마련이다. 실수나 실패를 두려워하지 않으며 정답을 찾기 위해 전진해 가는 삶의 매 순간 속에서 ‘상대적으로’ 옳은 해답을 얻을 수 있음을, 이 책 《아인슈타인의 숙제》는 말해 주고 있는 것이다.

과거, 현재, 미래의 구분은 단순한 환상에 지나지 않는다
아인슈타인은 “과거, 현재, 미래의 구분은 단순한 환상에 지나지 않는다.”고 말하며 ‘동시각의 상대성’에 대해 언급한 바 있다. 저자는 ‘동시’이면서 ‘동시’가 아닌 시간 개념의 수수께끼를 민코프스키 다이어그램을 이용해 ‘쌍둥이 패러독스’와 ‘우라시마 효과’로 명쾌하게 풀이해 준다.
쌍둥이 자매 시즈코와 쇼코 중, 언니 시즈코는 지구에 남고 동생 쇼코는 광속에 가까운 쾌속 우주선을 타고 우주 저편까지 왕복 여행을 했다고 가정해 보자. 시즈코가 볼 때 쇼코는 고속으로 운동하고 있었으므로, 시간이 천천히 흘러 수명이 길어진다. 따라서 시즈코와 쇼코가 재회했을 때는 시즈코보다 여행을 하고 온 쇼코 쪽이 젊을 것이다. 과연 그럴까 다시 한 번 생각해 보지 않을 수 없다. 왜냐하면 운동은 ‘상대적’이므로 우주선에서 보면, 지구가 왕복 운동을 했다고 생각할 수도 있기 때문이다. 즉 우주선에 타고 있는 쇼코의 관점에서는 시즈코의 시간이 느리게 흐르는 것으로 보이다. 그렇다면 더 젊은 쪽은 시즈코가 아닐까? 이것이 상대성 이론의 효과가 안고 있는 논리적 모순에 대해 이름 붙인 ‘쌍둥이 패러독스’ 다. 논리의 속임수는 지구와 우주선이 완전히 상대적이며 동등하다는 데 있다. 우주선은 목적지에서 방향을 바꿀 때 반드시 가속과 감속 단계를 거쳐야 하는데, 이때 우주선에 작용한 힘으로 인해 지구와 동등한 관성계가 될 수 없다. 따라서 나이를 덜 먹은 사람은 동생 쇼코 쪽이다.
‘우라시마’는 거북이를 구해 준 일본 동화의 주인공이다. 은혜를 갚은 거북이 덕분에 며칠간 용궁에서 호화로운 생활을 하다가 집으로 돌아와 보니, 이미 많은 세월이 흘러 아는 사람들은 모두 오래 전에 죽었다는 이야기다. ‘우라시마 효과’는 광속의 우주여행에서 귀환한 쇼코가 만나게 되는 비극적인 상황을 함축한다고 할 수 있다.
목차
머리말

숙제 1 당신 시간, 내 시간 - 상대성이란 무엇인가?
당신 시간과 내 시간
영구불변하는 공간에서 유연하게 변화하는 공간으로
누구나 자신만의 시간의 강을 갖고 있다
새로운 시공간의 법칙과 역동적인 세계관

숙제 2 빛과 함께 달리다 - 광속도 불변의 원리에 대하여
빛의 속도는 유한한가, 무한한가?
광속도를 측정하는 방법 ① ‘식’의 차이에 의한 방법
광속도를 측정하는 방법 ② ‘광행차’에 의한 방법
빛의 실체 - 입자설 대 파동설을 넘어서
‘에테르’가 없어도 빛은 우주 공간을 통과한다
‘광속도 불변의 원리’를 사고실험하다
시간과 공간을 통일한 특수 상대성 이론

숙제 3 엘리베이터의 안과 밖 - 등가 원리 이론
중력의 세계 - 사과에 작용하는 힘과 달에 작용하는 힘
뉴턴의 만유인력의 법칙
자연계의 법칙과 기적의 해
‘떨어지는 엘리베이터’에 타보자
빛도 자유 낙하를 한다
물질과 시공간을 통일한 일반 상대성 이론

숙제 4 왜 별이 보이는가? - 광양자 가설
각각의 세계에서 일어나는 불가사의한 현상
디지털 카메라의 원리와 ‘광전 효과’
어째서 밤하늘에 빛나는 별이 보이는가?
아인슈타인의 반박

숙제 5 시간과 공간의 통일 - 시공간의 다이어그램
관성계와 4차원의 시공간
시공간 속에서 물체의 운동을 그리는 방법
민코프스키 다이어그램과 세계선

숙제 6 우라시마 효과 - 동시성과 시간의 느림
발상의 전환이 상식을 바꾼다
‘동시’란 어떤 것인가?
동시이면서 동시가 아닐 때
‘광시계’로 ‘시간의 늦음’의 수수께끼를 풀다
피타고라스의 정리로 시간의 느림의 비율을 구해 보자
시간의 늦음은 실증되고 있다
쌍둥이의 패러독스와 우라시마 효과

숙제 7 가장 유명한 아인슈타인의 식, E = mc²
세계를 뒤엎은 식
가장 유명한 방정식
아인슈타인의 공식을 이끌어내 보자!
태양을 길들이다
우주의 전자?양전자의 대소멸
포지트론 라이플의 위력
아인슈타인 공식의 의미

숙제 8 시공간의 형태 - 휘어진 공간
구면 세계의 주인들
휘어진 공간이란 어떤 것일까?
어떻게 하면 공간이 휘었다는 것을 알 수 있을까?
휜 공간에서는 광선도 휘어진다
광선의 휨을 검증한 일식 관측
시공간의 아름다움을 감상하라

숙제 9 블랙홀은 무섭지 않다 - 수수께끼 같은 천체의 비밀
빛조차 탈출할 수 없는 천체
블랙홀의 반경을 이끌어내 보자
지구나 태양보다 단순한 천체
성장인가, 증발인가? - 블랙홀의 일생
누가 블랙홀을 발견했는가?
블랙홀은 무섭지 않다
‘우주의 함정’을 찾아내는 방법이 있다
블랙홀은 살아 있다

숙제 10 생애 최대의 과오 - 정지 우주와 빅 뱅 우주
사람들은 우주를 어떻게 받아들여 왔는가?
아인슈타인의 궁극적인 방정식
우주 원리란 무엇일까?
고요하지만 불안정한 아인슈타인의 우주
올버스의 패러독스
팽창하는 빅 뱅 우주
우주의 미래를 예상하다
현대의 창조 신화

숙제 11 아인슈타인의 꿈 - 세계의 법칙의 통일과 이해
물리적인 세계의 법칙을 이해하기
인간적인 세계를 이해하기
너무 어렵게 생각했나?
해답 없는 숙제

작가의 말

저자
후쿠에 준 (福江純)
1956년 일본 우베에서 출생한 저자 후쿠에 준(福江純)은 교토대학 및 동 대학원 우주물리학과를 졸업한 이학박사이다. 상대론적 우주유체역학, 특히 블랙홀의 강착원반(降着圓盤) 현상과 우주제트 등의 천체를 연구하였으며 현재는 오사카 교육대학 천문학연구실 조교수로 재직 중이다. 주요 저서로는 《강착원반으로의 초대》, 《블랙홀의 세계》, 《은하에 숨어 있는 몬스터》, 《나도 아인슈타인》1~4, 《우주제트》, 《SF 천문학 입문》상/하, 《알기 쉬운 안드로이드 만드는 방법, SF는 어디까지 현실이 될까》 등이 있다.
   옆집의 아인슈타인 | 후쿠에 준 (福江純) | 홍익출판사
   3일만에 읽는 우주 | 후쿠에 준 (福江純) | 서울문화사

역자
고은진
일본어 전문 번역가. [메모의 기술], [레몬의 법칙], [해피걸], [나를 변화시키는 100가지 방법], [초등 노트습관이 아이 성적 결정한다] 등의 단행본과 "데스노트 L", "20세기 소년", "도쿄 소나타", "텐텐", "남극의 쉐프", "소라닌", "양과자점 코안도르"등의 극장 영화를 번역하였다.
   입소문 마케팅 | 고은진 | 지상사
   메모의 기술 - 머리보다 손이 먼저 움직이는 (반양장) | 고은진 | 해바라기
   하루키, 하야오를 만나러 가다 | 고은진 | 문학사상
   메모의 기술 | 고은진 | 해바라기
   파랑새 | 고은진 | 문예출판사

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