아인슈타인과 광속 미스터리 (과학사로 쉽게 이해하는 특수 상대성 이론)

박성관

저자박성관은서울대학교종교학과를졸업했다.호기심이많아다양한분야의책을번역했다.『표상공간의근대』『시간과공간의문화사1880~1918』『굿바이다윈』『장소의운명』『다치바나다카시의서재』등.찰스다윈과생물학의세계에빠져그길에서세권의책이태어났다.『종의기원,생명의다양성과인간소멸의자연학』『종의기원:모든생물의자유를선언하다』『따개비박사다윈,은수를만나다』.몇년전부터는물리학과수학의세계에매료되었다.『아인슈타인과광속미스터리』는그첫책이다.

들어가며

1장아인슈타인과갈릴레오
2장광속미스터리
3장전기가준선물
4장광속미스터리와의정면대결
5장번개,기차를때리다
6장당신을위한상상실험
7장특수상대성이론의세계
8장특수상대성이론10문10답
9장그후아인슈타인은

추천의글특수상대성이론을위한특별한디딤돌
참고문헌

“빛의속도로날아가면무슨일이생길까?”
열여섯살아인슈타인의상상력이상대성이론으로발전하기까지

아인슈타인의상대성이론은양자역학과함께20세기최대의과학이론으로손꼽힌다.그러나상대성이론은“전세계에서이를완전히이해하는이가열두명에불과하다.”라는말을들을정도로어려운이론으로여겨졌다.상대성이론의세계는시간과공간이기묘하게변하는세계이며,태어나서중력의지배를한번도벗어난적이없는지구인이직관적으로이해하기어려운것도사실이다.하지만상대성이론은이미여러과학적검증을통해확고한물리법칙으로자리잡았으며,우리생활속에도깊이파고들어있다.『아인슈타인과광속미스터리』는그여정을따라가는안내서이자,청소년들에게특수상대성이론을쉽고친절하게설명하는해설서이다.

“빛의속도로날아가면무슨일이생길까?”
상대성이론은아인슈타인이열여섯살에품은이질문에서부터시작되었다.
빛의속도로날아가면서손에든거울을쳐다보면,내얼굴에서반사된빛은차마내얼굴을떠나지못하기때문에손거울에내모습이비치지않아야한다.하지만갈릴레오의‘상대성원리’에따르면그런일은절대일어나서는안된다.과연둘중무엇이진실일까?이물음을시작으로아인슈타인은스물여섯살에특수상대성이론을,그로부터10년후에는일반상대성이론을창시하기에이른다.

갈릴레이부터아인슈타인까지
과학사를알면특수상대성이론이보인다
이책의저자박성관은과학사를이용해청소년들을특수상대성의세계로이끈다.난해한시나미술작품들도작가의일생이나시대상황을알면더친근하게다가오듯이,이책도과학사를통해특수상대성이론을쉽게이해하도록서술한다.
이야기는물리학의역사를거슬러,천동설과지동설논쟁까지올라간다.코페르니쿠스를지나갈릴레오에이르러천동설을반박하는데결정적인역할을했던갈릴레오의‘상대성원리’를설명한다.이후신비한에테르의존재,전기와자기의은밀한관계등흥미진진한과학이야기를듣다보면특수상대성이론을이해하기위한기본기가탄탄하게다져질것이다.

기존의물리학책에서는상대성이론을최종적으로완성된것으로간주하고,이를쉽게설명하거나납득시키는것에집중하는면이있다.그렇기때문에갈릴레오로부터로런츠와푸앵카레를거쳐아인슈타인에이르는길은단선적으로묘사하거나심지어빠뜨리는일이많다.그래서대뜸상대성원리와광속일정을가정한뒤논리적으로어떻게될것인지를보여주는데강조점을둔다.
이책은이에대해상보적인접근방식을택한다.실제로역사적으로어떻게상대성원리와광속일정이받아들여지게되었는지꼼꼼하게살펴보고,이를디딤돌로삼아상대성이론의핵심으로차근차근올라간다.
-추천의말김재영(물리철학자,한국과학영재학교교사)

빛의속도가일정하다는사실이왜과학자들을괴롭혔을까?
초속30만km,광속불변의미스터리를풀어보자
19세기의과학자들이빛의속도를쟀더니,여러실험조건과상관없이빛의속도가일정하게측정되었다.그리고실험결과들은당시과학자들을충격에빠뜨리고만다.
‘광속불변의미스터리’는수백년간확고한물리법칙으로군림했던갈릴레오의상대성원리에반하기때문이다.상대성원리는‘속도는상대적’이며,따라서절대속도는존재할수없고또한등속직선운동상태에서는정지상태와같은경험을한다는것.
그런데빛의속도는이러한‘상대성원리’를위배하고있다!빛의속도가너무빨라서그차이를측정해내지못하는것일까?빛은워낙특별하여예외인것일까?왜빛만예외일까?갈릴레오의‘상대성원리’는폐기되어야하나?과학자들은치열한토론과실험을거듭한다.도대체왜빛의속도는일정한것일까?
아인슈타인과함께하는지구밖상상실험
지구인의상식을벗어난빛의세계가열린다
과학자들의치열한노력에도불구하고광속미스터리는이대로미궁속으로빠지는것만같았다.아인슈타인또한이문제를끌어안고숱한밤을지새웠다.그러던어느날,아인슈타인의머릿속에서는번개-기차상상실험이벌어진다.지구를벗어나우주로상상력을확장하자,나에게‘동시’인사건이다른사람에게는동시가아닐수있고,관측자마다‘지금’일어난사건이달라지는세상이펼쳐진다.그세상은상대방의시간이느리게흐르고상대방의거리는단축되며,광속은항상일정한빛의세계이다.아인슈타인은갈릴레오의‘상대성원리’와광속이일정하다는실험결과,두마리의토끼를다잡은결론을도출해냈다.
청소년시절부터늘가슴에품고있던빛에대한호기심과지구를벗어나는상상력,그리고포기하지않는인내심덕분에마침내아인슈타인은특수상대성이론을창시한다.『아인슈타인과광속미스터리』를통해,어느새우리곁으로바짝다가온신기한빛의세계를이해하고경험해볼수있을것이다.