상대성이론

상대성이론

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Description
초등 수학만으로도 특수상대성이론과
일반상대성이론을 간단히 이해할 수 있다!
누구나 쉽게 이해할 수 있는 일반상대성이론인 아인슈타인의 중력방정식과 특수상대성이론.
우리는 상대성이론에 대해 많은 이야기를 들었지만 그게 정확히 무엇을 의미하는지는 모른다. 피타고라스의 정리만큼 유명한 아인슈타인의 상대성이론의 공식도 알지만 이해하지는 못한다. 그리고 우리가 상대성이론을 이해하려면 어디까지나 상상력을 필요로 하지만, 상대성이론을 이해하기 위한 고도의 수학 지식은 필요하지 않다.
이 책에서는 초등 수학만으로도 충분히 이해할 수 있는 상대성이론의 방정식과 그 방정식들의 중요한 해를 다뤘다. 또한 시간과 공간의 곡률을 나타내는 일반상대성이론인 ‘아인슈타인의 중력방정식’도 쉽게 풀어 설명한 만큼 이 책이야말로 중력이론을 가장 간단히 이해할 수 있는 책일 것이다!
자연현상을 계산할 수 있는 것이 물리학이다. 그래서 이 책은 빛과 에너지, 질량, 공간, 시간 그리고 중력에 대해 설명하고 있다. 특수상대성이론은 물론 일반상대성이론에 대해서도 자세히 소개했으며 수많은 사고실험을 소개해 물리학자들이 어떻게 모델을 만들고 답을 찾아내는지를 설명했다. 아인슈타인이 즐겨 사용한 사고실험을 통해 여러분도 상대성이론을 물리적ㆍ기하학적ㆍ직감적으로 이해할 수 있을 것이다.
또한 과학 특히 물리학 분야에서 나오는 ‘충분’이라는 표기에 대하여 설명하고 있는데 이 표현이 어떤 의미를 갖는지 어떻게 사용하는지를 이해한다면 물리학에 대한 이해가 좀 더 깊어질 것이다.
지구의 ‘중력’이 우리를 끌어당기는 것이 아니라 시공간의 곡률에 의한 것이며 그 효과가 어떠한지를 설명하고 있으며 ‘아인슈타인의 중력방정식’의 의미와 그것이 왜 ‘가장 간단한’ 중력이론인지를 소개함으로써 우리는 보다 쉽게 아인슈타인의 일반상대성이론을 이해할 수 있다.
아인슈타인의 일반상대성이론은 여러 가지 예측을 제기했는데 그중에는 태양 부근을 지나는 빛이 어느 정도 휘는지, 블랙홀의 크기와 무게는 얼마나 되는지, 행성의 궤도는 왜 휘는지, 우주의 ‘빅뱅’과 우주의 불분명한 미래 등이 포함된다.
이제 아인슈타인의 상대성이론의 세계를 이해하기 위한 여정을 시작해보자.
저자

쿠르트피셔

이학박사.1965년에서독일에서태어나아헨공과대학졸업.ETH취리히공과대학석사과정수료.복합시스템막스플랑크연구소,도쿄대학대학원공학계연구실,미쓰비시종합연구소첨단과학연구소등에서연구원으로일했다.현재도쿠야마공업고등전문학교기계·전기공학조교수로물리와수학을가르치고있다.

목차

들어가는글:친애하는독자여러분 4
이책에서사용한단위와기호의표기에대하여 6
이책에나오는‘충분’이라는표기에대하여 7

제1장빛,물질과에너지
1.1광선 14
1.2상대성이론의제1법칙등속직선운동에절대적인의미는없다15
1.3빛의속도측정 17
1.4상대성이론의제2법칙빛의속도는불변의우주상수 20
1.5빛보다빠르다? 21
1.6이론vs실제 23
1.7질량과관성 24
1.8관성과무게 25
1.9에너지 26
1.10질량과운동에너지 28
1.11정지질량과운동에너지 29
1)내부운동의운동에너지 29
2)순수한에너지 30
1.12순수한에너지의질량 31
1.13질량과에너지의등가 35
1.14정보에는에너지가필요하다 36

제2장빛,시간,질량과길이
2.1빛과시간 38
2.2감마값 41
2.3누구의시계가느린가? 45
2.4빛,시간그리고길이 46
1)속도가향하는방향의길이 46
2)속도가향하는방향과그것에대하여수직인방향의길이 48
2.5‘같은시각’이란? 49
2.6시간과물질 52
2.7속도의가법 55

제3장빛,전자와전기
3.1전하와속도 60
3.2전하와자석 62
3.3전기장과자기장 64
3.4전류에발생하는자기장 66
1)패러데이역설 68
2)상대성이론이해당하지않으면인력은없다 69
3)상대성이론이해당하면인력이있다 70

제4장가속과관성질량
4.0가속의도입 74
4.1회전운동:쌍둥이역설1 75
4.2회전운동:유클리드기하학은아니다 77
4.3직선운동 80
4.4고유시간과관성:쌍둥이역설2 83

제5장관성과중력
5.0관성과무게의관계 88
5.1중력은힘이아니다 91
5.2중력이시공간을굴절시킨다 95
1)곡면 96
2)휘어진시공간 98
5.3시공간의곡률계산 101

제6장등가원리
6.1중력과시간 108
6.2휘어진시공간속의고유시간:쌍둥이역설3 111
6.3휘어진시공간에서의직선운동 114
6.4구의중력의영향을받는길이 115
6.5구주위의중력 119
6.6중력을받는질량 121
6.7중력을받는빛 122
6.8블랙홀의간략한소개 125
6.9등가원리의정리 127

제7장질량의중력발생방법
7.1고립되어있는구름의중력 130
7.2아인슈타인의중력방정식 133
7.3압력의도입 134
7.4속도의도입 137
7.5외부질량의도입 139
7.6국소적인시공간과전체적인시공간 140
7.7아인슈타인의중력방정식풀이법 142

제8장아인슈타인의중력방정식을푼다
8.1운동법칙을일으키는중력 148
8.2구안의중력 150
8.3구형공동의평평한시공간 154
8.4구밖의중력 156
8.5슈바르츠실트엄밀해 159
8.6뉴턴의중력법칙 163

제9장일반상대성이론의활용
9.1블랙홀 168
9.2빛의굴절:약한중력1 171
9.3케플러의법칙 180
9.4행성의궤도가구부러진다:약한중력2 186
9.5블랙홀부근의강한중력 192
9.6중력파 196
9.7중력에너지는어디에있을까? 199
9.8우주의빅뱅 202
1)우주의작은구형영역의질량 204
2)우주규모의구형영역의질량 207
9.9진공에너지와압력 212

제10장결론
10.후기 220

제11장부록
11.1중요한수치 224
11.2순수한에너지정리 225
11.3작은속도의상대성 229
11.4증가하는질량의속도가법정리 231
11.5아인슈타인중력방정식의텐서 234

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