상대론의 ABC (단 두 가지 원리로 모든 것을 알게 된다)

후쿠시마하지메

후쿠시마하지메는일본도쿄대학교양학부기초과학과를졸업한긴죠고등학교교사이다.과학저서『빛의탐험』으로도요레이온과학교육상을수상했다.저서로는『물리학의ABC』등이있다.

머리말

1장상대성이론의예고
1.아인슈타인소년의꿈
빛,공간,시간
성장,학교
자연에대한관심

2.갈릴레이의상대성원리
선구자갈릴레이
관성의법칙
관성계란?
갈릴레이의상대성원리
뉴턴의역학
역학에서의속도는덧셈

3.절대공간,절대시간
뉴턴의절대공간,절대시간
용기있는비판자마흐
아인슈타인에게끼친영향

2장두가지원리가모든것을결정한다
1.기회는성숙했다
수업을싫어하는아인슈타인
직장을얻지못한아인슈타인
영광의올림피아아카데미

2.두가지원리
빛의속도를측정
입자설과파동설
마이컬슨-몰리의실험
상대성원리
광속도불변의원리
아인슈타인을괴롭힌모순
문제의핵심

3장뒤집어지는시간의상식
1.최대속도로서의광속
광원회전의패러독스
쌍성으로부터의빛
개미처럼느린광속

2.시간의지연
은하철도를타고
달려가는시계의지연
공시계를생각한다면
아인슈타인의‘정지계’
시간지연의공식
입자의수명이길어진다
피타고라스의정리만으로써
우주여행의패러독스

3.동시각의상대성
1905년전후의아인슈타인
패러다임변화
동시각의상대성
시각의역전
인과관계는허물어지지않는다

4장공간의수축은왜일어나는가?
1.로런츠수축
우주여행은꿈일까?
물체의길이를측정하는방법
길이의상대성
로런츠수축의공식
수축의공식을구하자
다시우주여행의패러독스로
쌍둥이의패러독스

2.획기적인속도합성법칙
속도는덧셈이되지않는다
두원리의모순해결

5장상대성이론의영향
1.특수상대성이론에서일반상대성이론으로
플랑크의지원
베를린으로
역학과전자기학의대립
일반상대성이론

2.유명인이된아인슈타인
나의인생에서가장행복한생각
등가원리
두질량의불가사의한일치
일반상대성원리
광선의휘어짐과일식
일식관측탐험대
일그러지는하늘나라의빛

3.아인슈타인의참모습
아인슈타인의위기
크고작은집
미녀에게약한아인슈타인

4.아인슈타인과나치독일,그리고국가
‘위험한’평화주의
독일로부터의탈출

6장핵에너지로의길
1.상대론은역학을바꿔놓았다
뉴턴역학의모순
질량의증가
운동방정식의운명은?

2.질량과에너지의새로운관계
빛으로만들어진과자
질량과에너지는같다
빠른입자일수록무거워진다
라듐으로부터원자핵의변환으로

3.아인슈타인과원자폭탄,수소폭탄
둘로쪼개지는우라늄
핵분열에의해핵의질량이줄어든다
질량의결손
성냥이타는것도연쇄반응
아인슈타인의편지
맨해튼계획
히로시마와나가사키

7장아인슈타인과현대물리학,그리고사회
1.양자역학과아인슈타인
물리학의또하나의혁명
해명된원자의구조
아인슈타인의저항
2.일반상대론과통일장이론
아인슈타인의통일이론시도
현대의통일이론에대한도전
우주론과일반상대론

3.아인슈타인과과학자와전쟁
히로시마,나가사키와물리학자들
정치논리와과학자의무지
다시아인슈타인의평화주의에대하여
만년의아인슈타인
전쟁에도입된과학
과학자의블랙홀
아인슈타인을넘어서는것은?

후기
이책에등장하는주요과학자의프로필

단두가지원리로상대론을알수있다?

상대성이론은과학을좋아하는사람들에게언제나인기가있다.물리학의이론중에서이만큼흥미를갖게하는것도흔치않다.그이유는아마시간이나공간에대한의외성,우주의구조와의관련때문일것이다.또상대성이론이핵에너지에대한기본법칙을밝혔다는점도사람들의관심을끄는원인일것이다.
한편아인슈타인이라고하는물리학자의개성,휴머니즘과격동하는사회의관계가사람들을끌어들이는점도간과할수없을것이다.
이토록인기가있는상대성이론이지만,아이러니하게도학교의물리학수업에서는상대성이론을거의다루지않는다.그이유는‘어렵다,일상적이못된다,실용적이아니다’라는점에있을것이다.일상적인것이아니라는점은확실하다.그러나나머지두가지는의문이다.
상대성이론만큼그것을이해하기위한예비지식이적은이론도흔치않다.상대성이론의사고방식을이해하는데에는중학생이상의수학이필요하지않다.물리학의예비지식도거의필요하지않다.기본이되는원리는상대성이론과광속도불변의원리단두가지뿐이다.이두가지원리의핵심만파악하면상대성이론은어렵지않다.
실용면에서는어떨까?물리학자의세계에서상대성이론은예사로이사용되고있다.싱크로트론등의입자가속기속에서는고속입자가상대성이론을좇아운동한다.원자력발전(그리고핵병기)의기본원리도상대성이론에있다.
이책에서는다음을목표로삼았다.

1.특수상대성이론을중심으로해설한다.
2.아인슈타인에대해서그생애를그려본다.
이때에주의한점은다음과같다.
1.왜시간,공간의사고방식을바꿔야했는지,그이유를생각해보고싶다.
2.신비로운것이아니라는것을제시해보고싶다.
3.일반상대론과의구별을명확히해보고싶다.
4.상대성이론과현대물리의관련성을생각해보고싶다.
5.아인슈타인의평화주의,핵에너지와관련해과학과사회의관계를생각해보고싶다.

그리고이책을쓰는데는많은책을참고했다.또되도록역사상에있는사실을정확하게전달하기위해많은책을인용했다.
그럼,아인슈타인과그의상대성이론의세계로출발하자.