상대성 이론 아는 척하기

브루스바셋

BruceBassett
케이프타운에서웹관련회사를경영했으며미술을공부했다.옥스퍼드대학과트리스트의국제고등연구소의물리학과에서교수를지냈으며,현재우주미스터리를연구하면서포츠머스대학교의우주론및중력연구소에서선임강사로일하고있다.30여편의연구논문을냈으며,다정하지만반항적인박사과정및박사과정후학생들,매우똑똑한동료과학자들과교류하며세계를여행하고있다.

시간과공간의조건7
뉴턴의물리학고전법칙8
중력법칙10
맥스웰의전자기이론12
고전물리학의문제점14
원자의수수께끼15
주요미스터리16
현대물리학의배경17
결정적사건18
운동의시간20
로런츠변환22
길이수축의효과25
시간팽창26
뮤온관찰하기27
에너지는질량이다,질량에너지28
플랑크상수,h와양자효과30
양자물리학과고전물리학32
디랙의반물질34
마이컬슨-몰리실험35
광속의불변성36
동시성문제37
시공간을다르게자르다38
일반상대성이론의필요성39
다른관점40
난관을넘어서41
가속문제의해결42
일반상대성이론의구성요소43
무한차원44
사고실험46
무한과위상공간48
시공간쪼개기49
시공간을바라보는방법50
동시성은상대적이다51
아인슈타인의과제52
무중력53
등가원리54
중력질량과관성질량56
뉴턴의제1운동법칙의확장57
수수께끼60
지름길61
공간꼴지름길,시간꼴지름길,영지름길62
거리찾기64
지름길과메트릭66
메트릭을찾는방법68
메트릭은…69
4차원공간의메트릭72
시공간지름길74
시간을포함하기76
용의꼬리78
누락된구성요소79
용이용의꼬리를물다80
텐서81
아인슈타인의장방정식84
곡률의유형88
양의곡률90
음의곡률92
휘어진공간의삼각형94
양의곡률을가졌을때…95
음의곡률을가졌을때…96
내재적곡률97
외재적곡률98
수직벡터100
공간쪼개기102
시간과공간vs.시공간104
자연에서일반상대성이론시험하기106
빛의휨현상108
일식110
등가원리한번더살펴보기112
잘검증된이론113
블랙홀114
시간에따라변하는가속도116
질량을흔들다118
고무판비유120
중력의미세함122
별응시하기124
간섭계관찰126
중력파간섭계는어떻게작동하는가128
간섭무늬130
우주의크기를재다132
코페르니쿠스원리134
장방정식을단순화하다136
‘FLRW’137
우주는정지해있는가아니면팽창하고있는가?138
우주의운명140
임계밀도:첫번째모델141
두번째모델142
세번째모델143
적색편이144
아인슈타인의정지한우주146
가속하는우주148
끝없는팽창150
음압력152
암흑물질154
일반상대성이론을넘어서156
우주배경복사158
추가위성탐사160
균질성미스터리161
“골디락스”팽창비율162
평탄성문제164
급팽창상태165
아인슈타인상수의사용166
특이점정리168
특이점정리의결과170
아인슈타인의방정식의무력화172
추가적인차원174
초끈이론175
아인슈타인의꿈을확장하다176
더많은차원을더하다177

아인슈타인도뉴턴도가르쳐주지않는
상대성이론의모든것!

난해하고까다롭게만느껴졌던상대성이론이
한결쉬워진다!
상대성이론제대로아는척하기

□상대성이론은뉴턴의중력법칙덕분에탄생되었다?
□빛은전하의가속도의세기에따라에너지가달리진다?
□질량이엄청난양의에너지로바뀔수있다?
□광속은지구의운동에따라좌우되지않는다?
□추상적인시공간을시각화하는방법은무엇일까?
□중력장에서자유낙하하는사람은왜무중력상태를경험할까?
□같은거리같은시간을갔는데도낮과밤의택시미터기가다르다?
□같은거리도평평한길과휘어진길사이에차이가있다?
□유클리드기하학과지구의휘어진표면은어떤관계가있을까?
□관찰자에따라시공간의분할이상대적일수있는이유는?
□블랙홀이빛마저도빨아들이는것은무한대의곡률때문이다?
□우주의크기는과연어떻게잴수있을까?

아인슈타인의상대성이론의기초가된뉴턴의중력법칙

독일철학자임마누엘칸트는《순수이성비판》에서지식의결정적인한계를깊이연구하면서,시간과공간이우리의식과독립적으로존재하지않는다는관점을상세히설명했다.그럼에도불구하고아인슈타인이나타나기전까지물리학자들을지배하는철학은아이작뉴턴에서유래되었다.뉴턴이가장위대한물리학자이자수학자라는데논란의여지가없다.뉴턴은광학에상당한기여를했고,운동법칙세가지를발견했으며,라이프니츠와무관하게독립적으로미적분학을개발했다.
하지만아인슈타인의상대성이론을이해하는측면에서는뉴턴의다른업적보다보편적중력법칙의발견이가장중요하다.뉴턴이사과나무아래에서중력이라는위대한발견을했다는이야기는유명하지만사실이아니다.뉴턴의중력법칙의중요성은그법칙이여러현상을단한개의이론으로통합하여설명한다는데있다.한개의통합이론을찾는이러한탐색과정은20세기,21세기물리학을이끄는원동력이되었다.
뉴턴은자신의이론에서몇가지를당연하게받아들였다.니콜라스코페르니쿠스이래로많은과학자가인정했듯이뉴턴도지구가더이상우주의중심이아니라고생각한반면에,시간과공간은근본적으로다른것이고,둘다돌에새겨진것처럼절대적이라고가정했다.하지만이러한시간과공간이라는명백하게다른두개념을통합하려는아이디어는아인슈타인에게서나왔다.
아인슈타인이전에이론물리학은상당히큰발전을이뤘다.특히제임스맥스웰은자기와전기를통합하여전자기학을만들었다.이러한맥스웰의전자기학통합이론은뉴턴의통합이론과개념적으로비슷하다.뉴턴도사과에작용하는힘이지구를태양주위의궤도를돌게하는힘과같음을깨달았다.

현대물리학의배경

아인슈타인이1905년에특수상대성이론에대한설명을출판했을당시,물리학계의상황을대강알게되었다.아인슈타인이론이아무것도없는진공상태에서갑자기생긴것은아니다.그렇게아인슈타인은그의발견에맥락을더해줄수있는특별한‘지적환경’을만들어내는세계적인사건들속에서나타났다.
그런사건가운데하나는‘제1차세계대전’이었다.1901년영국빅토리아여왕의죽음은상대적으로안정된시대가끝나고가속화된혁신의에너지가폭발적으로분출되는20세기가시작되었음을알리는신호탄이었다.그에너지와혁신을지금‘현대적’이라부른다.이에너지의힘을보여준사건이제1차세계대전이다.두번째사건은공산주의의소비에트연방을세우게한1917년러시아의‘10월혁명’이었다.공산주의와그에대한미국과서유럽의저항은20세기의절반동안세계를지배한‘냉전’무대를마련했다.이러한기반에서결국1945년히로시마와나가사키에떨어진핵폭탄은아인슈타인의이론을증명해주는사건이되었다.

아인슈타인의상대성이론

아인슈타인은다른사람들이종종무시하곤했던발견을잘활용하여자신의것으로만들수있는위대한사색가이기도했다.그단적인예로로런츠의연구가있다.로런츠의변환공식을통해서아인슈타인은특수상대성이론의통로를발견하게되었다.특수상대성이론의놀라운결과는물체가대략초당300,000km인빛의속력과비슷하게움직이면,상대적운동에대해통상적으로우리가가지고있는직관이맞지않음을보여주었다는것이다.빛의속력은아인슈타인의이론에서관찰자의속력과상관없는기본상수가된다.
아인슈타인의유명한공식은E=mc²이다.여기서m은‘정지질량’으로물체가정지해있을때갖는질량이다.아인슈타인의공식은질량이엄청난양의에너지로바뀔수있음을보여준다.그런데물체가빠르게움직이면어떻게되는가?이경우에는물체는운동에너지도갖게된다.

그런관점에서이책은

이책은아인슈타인의특수상대성이론과일반상대성이론의역사와특징,빛이전하의가속도의세기에따라달라지는에너지,질량이엄청난양의에너지로바뀌는원리,광속이지구의운동에따라좌우되지않는이유,추상적인시공간을시각화하는방법,중력장에서자유낙하는사람은왜무중력상태를경험하는지,같은거리같은시간을갔는데도낮과밤의택시미터기가달라지는이유,같은거리도평평한길과휘어진길사이에서차이가나는원리,유클리드기하학과지구의휘어진표면의상관관계,관찰자에따라시공간의분할이상대적일수있는이유,블랙홀이빛마저도빨아들이는이유,우주의크기를어떻게잴수있는지등에대한물리학과천문학의이론이만화와그림으로알기쉽게풀어냈다.