문과생도 이해하는 E=mc2

문과생도 이해하는 E=mc2

$22.02
Description
문송할 것 없다, 이 책을 읽어라!
아인슈타인이란 이름을 들어보지 않은 사람은 없다. 아인슈타인하면 상대성이론, 상대성이론하면 E=MC2이다! 그런데 이 식은 도대체 무슨 뜻일까? 시간이 뭔지 모르는 사람은 없다. 공간도 마찬가지다. 하지만 대부분의 사람은 시간과 공간의 본 모습을 모른 채 평생을 살아간다. 시간은 누구에게나 일정한 속도로 흐르며, 공간은 텅 빈 채 균질한 상태로 놓여 있다고 생각한다. 물질은 물질, 에너지는 에너지라고 생각한다. 그렇지 않다면 어떨까? 시간이 누구에게나 항상 일정한 속도로 흐르는 것이 아니며, 공간은 휜 상태로 존재하고, 에너지와 물질은 동등하다면?

이 책은 중학과정(!)을 정상적으로 공부한 사람이라면 누구나(심지어 문과 출신도!) E=MC2이라는 수식과 상대성이론을 이해할 수 있도록 쉽게 풀어 쓴 교양과학서다. 고전물리학, 수학 등 필요한 도구는 모두 책 속에 있다. 이해하려는 의지와 약간의 시간, 종이와 펜만 준비하면 된다. F=ma에서 E=mc2이 마법처럼 유도되는 순간, 세상과 우주가 전혀 다르게 보일 것이다.
저자

고중숙

저자고중숙은서울대학교자연대학화학과를졸업하고미국애크런대학교에서박사학위를받았다.피츠버그대학교박사후과정을거쳐국립순천대학교교수로재직하고명예퇴직했다.과학문화의저변확대에많은관심을갖고다수의저서및번역서를펴냈으며,최근에는과학을중심으로삶의전반에이르기까지저술활동의폭을넓히고있다.
대표적인저서로『고중숙교수의과학뜀틀』,『중학수학바로보기』,『아인슈타인,시간여행을떠나다』등이있고,주요역서로『상대성이란무엇인가』,『물리학특강』,『무영진공』,『우주,또하나의컴퓨터』,『수학자는어떻게사고를하는가』,『무의수학무한의수학』등이있다.

목차

머리말

제1장길잡이
1.결과부터살펴볼까요?
2.필요한것-수학과물리,그리고마음자세

제2장기초다지기-뉴턴의운동법칙
1.출발점:F=ma
(1)제1법칙:관성법칙
(2)제2법칙:가속법칙
(3)제3법칙:작용반작용법칙
[쉼터]뉴턴:최고의과학자·수학자,최후의연금술사

제3장힘과에너지
1.힘
2.운동량
3.일과에너지
(1)일
(2)에너지
[쉼터]국제단위계

제4장수학여행
1.벡터
(1)벡터의기본개념
(2)벡터의연산
[쉼터]“속도”와“속력”
2.미분
(1)미분의기본개념
(2)미분의의미
(3)미분표
(4)함수곱의미분
3.적분
(1)적분의기본개념과의미
(2)미적분의기본정리
(3)적분표
(4)부분적분
4.하나만더:합성함수미분
[쉼터]우리교육과정의통합과개혁

제5장물리학의역사
[쉼터]“계”에대하여

제6장변화와보존(I)-운동량과에너지
1.운동량보존법칙
2.에너지보존법칙
(1)역학적에너지보존법칙
(2)일반적에너지보존법칙
[쉼터]운전대만잡으면
(3)퍼텐셜의이해
[쉼터]중력위치에너지의기준점

제7장변화와보존(II)-열역학
1.제0법칙:열평형법칙
2.제1법칙:에너지보존법칙
3.제2법칙:엔트로피증가법칙
4.제3법칙:엔트로피기준법칙
[쉼터]삶이란...

제8장빛이있으라
1.빛의본질
2.빛의속도
3.빛의종류
[쉼터]오른손법칙과왼손법칙
4.맥스웰방정식
(1)맥스웰방정식의이해
(2)진공광속의유도
[쉼터]왜사람들은오른손을더많이쓰게되었을까?

제9장특수상대성이론
1.실마리
2.특수상대성이론의2대가정
(1)가정(postulate)이란무엇인가
(2)상대성원리
[쉼터]과학과믿음
(3)광속일정원리
(4)안개속의데이트:시공관념의재정립
[쉼터]아인슈타인의유감
3.특수상대성이론의4대귀결
(1)동시상대성
(2)시간지연
(3)길이수축
(4)질량증가
4.도착점:E=mc2
5.특수상대성이론의역설들
[쉼터]아인슈타인:최고의과학자,최후의철학자

부록
1.일반상대성이론맛보기
2.양자역학맛보기
(1)양자의의미
(2)이중성원리
(3)불확정성원리
(4)확률해석원리
[쉼터]과학과철학
주요수치
찾아보기

출판사 서평

우주최고의불가사의는우리가우주를이해할수있다는것이다.―아인슈타인

고중숙교수의명저[E=mc2]드디어복간!
중고책가격이정가의몇배를호가하던고중숙교수의명저[E=mc2]이드디어복간되었다.이책은우리가사는세상과우주의놀라운모습을누구나쉽게이해할수있도록고전역학을출발점으로삼아E=mc2이라는식이탄생하는과정을차근차근설명한다.그과정에필요한수학적지식까지한꺼번에설명하기때문에상대성이론을이해하는데필요한수학과물리학의기초를책한권으로쉽게마스터할수있다.

과학이걸어온길과과학자들의생애까지!
또한,고대그리스부터현재에이르기까지과학이발달해온과정을재미있는에피소드나과학자들의생애와함께설명하면서그의미를하나하나짚어음미하기때문에대중과학서로서도흥미롭게읽힌다.고전역학과특수상대성이론은물론부록을통해일반상대성이론과양자역학의기본적인원리까지아우르고있어물리학의전반적흐름을잡기에도부족함이없다.과학에관심이있는학생들은물론일반인도쉽게읽고현대물리학이설명하는우주의비밀과그곳에이르기까지수많은천재들이걸어온길을쉽게이해할수있다.

문과출신이라수학은영꽝인데?
수학과과학에자신이없어도상관없다.언제까지문송할텐가?필요한것은오직종이와펜,그리고이해하려는의지와약간의시간뿐이다.수식의전개과정을지나칠정도로차근차근설명해놓았기때문에그대로따라써보면서조금만생각을해보면된다.처음에는머리가삐걱대는소리를내겠지만금방익숙해지는자신의모습에스스로놀라게될것이다.이번생은아니다만되뇌지말고이번생에상대성이론만은확실히이해하자!

[책속으로추가]
P220
엔트로피증가법칙의이론적용도가운데특이한것으로“시간의화살”이있습니다.호리병의밸브를열기전후의상태를비교할때,에너지의변화는없으므로제1법칙만으로는“혼합”과“분리”가운데무엇이먼저인지알수없습니다.그러나제2법칙에따르면엔트로피는항상증가하므로당연히“분리”가“혼합”보다먼저입니다.엔트로피증가법칙이과거와미래를구별하는기준,곧어떤현상을볼때어떤상태에서어떤상태로진행했는지를판별하는데사용될수있다는뜻입니다.현재로서는자연과학에서엔트로피증가법칙만이시간의전후를구별할수있는유일한법칙입니다.운동법칙·운동량보존법칙·에너지보존법칙·만유인력법칙등다른어떤법칙으로도현상의전후순서를판정할수없습니다.영국의과학자에딩턴(ArthurEddington,1882~1944)은1928년에엔트로피증가법칙을“시간의화살time'sarrow”이라고했습니다.현재지식으로는시간과엔트로피만이각각“과거에서미래로만흐른다”와“항상증가한다”는비대칭성을드러내는것으로여겨집니다.따라서이두가지는서로긴밀하게얽혀있는것같지만그자세한기정(mechanism)은아직모릅니다.시간에대해서는“시작이있는가?”“끝이있는가?”“거꾸로흐를수있는가?”“더천천히또는더빨리흐를수있는가?”“정지할수있는가?”“그본질이무엇인가?”등많은의문이있는데,언젠가그전모가밝혀지면시간과엔트로피증가법칙의관계도보다분명해질것입니다.

P306
본래하나인빛결이둘로나뉘어두관찰자에게각각주어진다는일은있을수없습니다.그럴수있다면,관찰자가셋이면셋으로,천명이면천개로나뉘어야하는데,누가봐도어이없는이야기입니다.빛결도물결처럼하나만퍼져나갑니다.하지만“광속일정원리”를지키려면그림처럼각자에게빛결을부여하는수밖에없습니다.이모순을어떻게해소할까요?유일한방법은“돌이와순이의시간과공간이변형된다”고보는것입니다.“빛결은분명하나이고나뉠수없는이상,속도가다른두사람이똑같은모습의빛결을관찰하려면두사람의시공이변형되는수밖에없다”는뜻입니다.이것이바로“광속일정원리”의놀라운귀결입니다.

P377
근래에상대성이론을일상적으로생생하게실감할수있는좋은예가나타났습니다.흔히“GPS”라고하는위성항법장치가바로그것입니다.GPS는셋이상의인공위성과의거리를측정하여위치를알려주는장치입니다.이위성들은“①4km/s정도의속도로”“②지상약2만km의궤도에서”지구둘레를돕니다.지상의시간에비해위성들의시간은①에의해서는특수상대성이론에따라늦어지지만,②에의해서는중력이지면보다약하므로일반상대성이론에따라빨라집니다.하루를기준으로정확히계산해보면①에의해100만분의7.1초쯤느려지고②에의해100만분의45.7초쯤빨라져결국하루에100만분의38.6초쯤빠릅니다.이를보정하지않으면GPS는하루에약11km정도오차를나타냅니다.GPS의오차를바로잡아준다는점을생각하면멀게만느껴졌던상대성이론이훨씬친밀하게다가옵니다.물론아직은이론적인측면이더두드러집니다.하지만장차과학이더발달하고인간의활동영역이드넓은우주공간까지확장되면실제적인응용성도더욱부각될것입니다.

P388
아인슈타인의견해를한걸음더발전시킨사람이바로드브로이입니다.드브로이는빛에대한아인슈타인의새로운해석에착안하여,반대의경우를상상했습니다.그때까지입자의모임으로만여겨졌던각종물질도입자성은물론파동성도갖는다고생각한것입니다.그는박사과정대학원생이었던1924년에매우간단한식을제시하면서“이중성원리”를박사학위논문으로제출했습니다.파장은파동의고유한성질이고,운동량은입자의고유한성질입니다.고전물리학에서는두가지를서로무관한것으로여겼는데,이식은이것들을등호로연결해버린것입니다.학위논문을받아든지도교수는당황하여아인슈타인에게자문을구했습니다.아인슈타인은이생각을전폭적으로지지했고,드브로이는문제없이박사학위를받았습니다.드브로이의주장은1927년에실험적으로확인되었습니다.그리고“모든물리적계에는대응하는파동함수가존재한다”는식으로바뀌어1925년부터이론적으로확립되어가던양자역학의제1가정으로편입되는영예를안게되었습니다.그는1929년박사학위논문으로는최초로노벨물리학상을수상했습니다.이렇게빛에서출발한입자설과파동설의통합은모든물질로확장되어한단계더높은차원에서완전한통합을이루었습니다.

P388
불확정성원리에는철학적으로흥미로운함의가있습니다.불확정성원리가알려지지않았던고전역학에따르면물체의위치와속도를동시에항상정확히알수있습니다.그런데어느순간에어떤물체의“위치와속도”를항상정확히알수있다면,그다음순간의위치와속도,또그다음순간의위치와속도등을계속추적할수있습니다.어떤물체의“경로”를알수있다는뜻이지요.한번주어지면뉴턴의운동법칙에따라과거는물론미래까지전체경로가결정되어버립니다.벗어날가능성이없습니다.따라서“경로”는“운명”이되며,모든물질적존재의운명은하나의순간만으로전체가결정되고변화의가능성은부정됩니다.이른바“결정론determinism”의물리학적버전이라고할수있는이런생각은물리학을넘어다른분야에도많은영향을끼쳤습니다.프랑스의수학자라플라스는어떤경이로운지성이있어서우주안의모든입자들의위치와속도에대한정보를안다면그의눈에는불확실한게아무것도없어미래도과거처럼존재할것이라고했습니다.그는이존재를“지성”이라고불렀지만사람들의눈에는부정적인측면이더부각되었던지“라플라스괴물Laplace'sDemon”이라고불렸습니다.하지만지금보았듯불확정성원리에따르면경로라는개념자체가성립하지않습니다.위치와속도가동시에정확히결정되지못하므로경로란게있을수없고,경로가없으므로과거도미래도본질적으로는전혀알수없습니다.양자역학은“비결정론indeterminism”의입장에서있으며,고전역학의영향력도컸지만양자역학이일으킨철학적파동은더욱널리퍼져나갔습니다.유의할것은불확정성원리의이런함의는본질적측면과엄밀한관점에서그렇다는점입니다.일상적인상황에서는결정론도여전히우세하게작용할수있습니다.요컨대고전역학이든양자역학이든이를적용할때는어떤판단이필요한데,이최종적판단의주체는이론자체가아니라우리인간의의지라는점을잊지말아야겠습니다.