세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 일반상대성이론

세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 일반상대성이론

$22.00
Description
우주의 모든 것을 설명하는 방정식이 탄생하다
〈노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학〉 시리즈 11번째. 시리즈 첫 권의 주제인 특수상대성이론에 이어 이 책에서는 아인슈타인의 일반상대성이론을 소개한다.
여기서는 일반상대성이론에 대한 세 가지 논문을 다루었다. 1913년 아인슈타인과 그로스만의 논문은 일반상대성이론에 관한 첫 시도였다. 하지만 이 과정에서 문제점을 느낀 아인슈타인은 1916년에 단독 논문으로 이론을 완성하고 아인슈타인 방정식을 발표한다. 같은 해에 슈바르츠실트는 아인슈타인 방정식을 최초로 풀어 블랙홀의 존재를 예언한다. 이들 논문을 청소년과 일반 독자를 위해 조금 쉽게 기술하였다.
서두는 펜로즈 박사와의 가상 인터뷰로 시작하여 책의 흐름을 개괄적으로 파악하도록 했다.
아인슈타인의 일반상대성이론을 이해하려면 먼저 리만 기하학을 알아야 한다. 그래서 이 책에서는 기하학의 역사부터 언급했다. 이어서 4차원 시공간 기하와 아인슈타인의 합 기호, 일반상대성이론의 기본 아이디어인 아인슈타인의 등가원리를 설명했다. 4장에서는 수식을 배제한 채로, 5장에서는 아인슈타인의 논문을 따라가면서 수식과 함께 아인슈타인 방정식을 설명하여 독자의 기호에 맞추고자 했다. 6장에서는 블랙홀, 웜홀에 관한 이야기로 이 책을 마무리했다.
부록에는 중심 논문 3가지의 영문본과 노벨 물리학상 수상자 목록을 실어 더 깊은 탐구와 이해를 도왔다.

저자

정완상

저자:정완상
과학에대한호기심으로서울대학교무기재료공학과에다녔고,물리를향한마음이더욱커져한국과학기술원(KAIST)에서이론물리학을전공하며석박사학위를받았다.30세에경상국립대학교물리학과교수가되어학생들에게물리사랑을전파하고있다.초심을잃지않기위해꾸준히연구하며현재까지국제학술지(SCI저널)에300여편의논문을게재했다.직접만나는학생뿐만아니라더많은학생들에게과학과수학의즐거움을알려주고자책을통해독자를만나고있다.〈과학자가들려주는과학이야기시리즈〉중《아인슈타인이들려주는상대성이론이야기》를비롯한31권과〈과학공화국법정시리즈〉50권을집필했다.최근에는중학교에서도통하는초등수학을카툰으로그린〈개념잡는수학툰시리즈〉를출간했고,노벨상오리지널논문을쉽게풀어낸〈노벨상수상자들의오리지널논문으로배우는과학시리즈〉를집필중이다.우리나라의노벨과학상수상자가쏟아져나오기를바라는마음에서네이버카페〈정완상교수의노벨상-오리지널논문공부하기〉를운영하기시작했다.

목차

추천사
천재과학자들의오리지널논문을이해하게되길바라며
우주를지배하는방정식을만들다_펜로즈박사깜짝인터뷰

첫번째만남|리만기하학의탄생
기하학의역사_파피루스의기록과유클리드기하학
비유클리드기하학_평행선가정의부정으로탄생한새로운기하학
가우스와리만의등장_수학의왕과그제자
곡률개념의탄생_휘어진정도
구좌표계_3차원공간을나타내는방법

두번째만남|4차원시공간
아인슈타인의학창시절_동반자밀레바마리치
특수상대성이론_관찰자의시간이다르게흐른다
4차원시공간_시간과공간을함께묘사하는새로운기하학
아인슈타인의새로운규칙_합의기호생략

세번째만남|아인슈타인의등가원리
질량에관하여_관성질량과중력질량
낙하실험의진실_데소토와스테빈
등가원리_가속도와중력장의세기
중력만들기_무중력상태와새로운중력장
1908~1915년의아인슈타인_강의와연구경력
등가원리와빛의휘어짐_태양계에적용하다

네번째만남|아인슈타인방정식
마르셀그로스만_일반상대성이론탄생의조력자
일반상대성이론의등장_우주를지배하는완벽한방정식
휘어지는빛관측_일반상대성이론의위대함을알리다
중력에의한시간지연_중력이큰곳에서시간이느리게흐른다
수성의근일점이동_43초의비밀을풀다
중력렌즈_은하가커보이는현상
아인슈타인의두번째사랑_아내이자비서였던엘사
아인슈타인의미국생활_나치의박해를피해서
힐베르트_무한대와무한호텔

다섯번째만남|아인슈타인의논문속으로
뉴턴역학에서의가속하는관찰자_버스에탄사람이보는것은?
휘어진시공간에서의계량_시공간의휘어짐을묘사하다
피어바인과크리스토펠기호_새로운기호의도입
가속하는관찰자의운동방정식_겉보기가속도
공변미분_새로운미분의정의
리만텐서_곡률에비례하다
아인슈타인방정식_우주의휘어진정도를고려하다

여섯번째만남|블랙홀
슈바르츠실트의블랙홀_아인슈타인방정식의일반해
뉴턴역학에서의블랙홀_사건의지평선에숨겨진비밀
블랙홀물리학의영웅들_네명의물리학자
블랙홀물리학_특이점과증발하는블랙홀
웜홀_시공간의두지점을잇는터널

만남에덧붙여
OutlineofaGeneralizedTheoryofRelativityandofaTheoryofGravitation_아인슈타인-그로스만논문영문본
TheFoundationoftheGeneralTheoryofRelativity_아인슈타인논문영문본
OntheGravitationalFieldofaMassPointaccordingtoEinstein’sTheory_슈바르츠실트논문영문본
위대한논문과의만남을마무리하며
이책을위해참고한논문들
수식에사용하는그리스문자
노벨물리학상수상자들을소개합니다

출판사 서평

우주의모든것을설명하는방정식이탄생하다

〈노벨상수상자들의오리지널논문으로배우는과학〉시리즈11번째.시리즈첫권의주제인특수상대성이론에이어이책에서는아인슈타인의일반상대성이론을소개한다.
여기서는일반상대성이론에대한세가지논문을다루었다.1913년아인슈타인과그로스만의논문은일반상대성이론에관한첫시도였다.하지만이과정에서문제점을느낀아인슈타인은1916년에단독논문으로이론을완성하고아인슈타인방정식을발표한다.같은해에슈바르츠실트는아인슈타인방정식을최초로풀어블랙홀의존재를예언한다.이들논문을청소년과일반독자를위해조금쉽게기술하였다.
서두는펜로즈박사와의가상인터뷰로시작하여책의흐름을개괄적으로파악하도록했다.
아인슈타인의일반상대성이론을이해하려면먼저리만기하학을알아야한다.그래서이책에서는기하학의역사부터언급했다.이어서4차원시공간기하와아인슈타인의합기호,일반상대성이론의기본아이디어인아인슈타인의등가원리를설명했다.4장에서는수식을배제한채로,5장에서는아인슈타인의논문을따라가면서수식과함께아인슈타인방정식을설명하여독자의기호에맞추고자했다.6장에서는블랙홀,웜홀에관한이야기로이책을마무리했다.
부록에는중심논문3가지의영문본과노벨물리학상수상자목록을실어더깊은탐구와이해를도왔다.

[노벨상수상자들의오리지널논문으로배우는과학]전20권
1권아인슈타인(1921년노벨물리학상)-특수상대성이론
2권마리퀴리(1903년노벨물리학상,1911년노벨화학상)-방사선과원소
3권플랑크(1918년노벨물리학상)-양자혁명
4권보어(1922년노벨물리학상)-원자모형
5권하이젠베르크(1932년노벨물리학상)-불확정성원리
6권아인슈타인(1921년노벨물리학상)-브라운운동
7권왓슨과크릭(1962년노벨생리의학상)-DNA구조
8권디랙(1933년노벨물리학상)-반입자
9권찬드라세카르(1983년노벨물리학상)-별의물리학
10권바딘/브래튼/쇼클리(1956년노벨물리학상)-반도체혁명
11권아인슈타인(1921년노벨물리학상)-일반상대성이론
12권유카와히데키(1949년노벨물리학상)-핵력(출간예정)
13권폴링(1954년노벨화학상,1962년노벨평화상)-화학결합(출간예정)
14권파인먼(1965년노벨물리학상)-양자전기역학(출간예정)
15권피블스(2019년노벨물리학상)-우주팽창(출간예정)
16권글라우버(2005년노벨물리학상)-양자광학(출간예정)
17권홀데인(2016년노벨물리학상)-양자물질(출간예정)
18권하셀만(2021년노벨물리학상)-기후물리(출간예정)
19권차일링거(2022년노벨물리학상)-양자정보(출간예정)
20권겔만(1969년노벨물리학상)-쿼크모형(출간예정)

★전국과학교사모임추천★일대일친절한과학수업
★이공계진학예정자필독서★노벨상수상논문영문본수록

최근10년간3번이나수여된노벨물리학상주제‘일반상대성이론’
노벨상수상자들의오리지널논문읽기로과학자처럼따라하기

과학학습에는‘과학자처럼따라하기’와같은학습방법이있다.과학수업에서흔히적용하는탐구활동이나R&E가그예이다.요즘새롭게소개되는과학자따라하기방법중하나가노벨상수상자들의오리지널논문읽기이다.
학생들에게상대성이론과같은어려운이론의원문을이해하도록하는것이쉬운일은아니다.다행히현재고등학교교육과정에상대성이론이도입되어,기본원리와현상은이미학교에서학습하고있다.너무전문적인지식을제외하고는학생들에게비교적친숙하다.
특수상대성이론은아인슈타인이1905년에발표했다.아인슈타인은시공간개념을처음도입했고움직이는관찰자와정지해있는관찰자의시간이다르게흘러야한다는것을알아냈다.특수상대성이론은움직이는관찰자가등속도로움직이는,특수한경우에만성립한다.그래서아인슈타인은이이론을가속도가존재하는경우에도성립할수있게확장했다.가장일반적인상대성이론이되기때문에이이론을일반상대성이론이라고부른다.
일반상대성이론은우주,천체등의문제를해결하는이론이다.지난10년이내에일반상대성이론과관련하여세번에걸쳐노벨상이수여되었다.2020년,2019년,2017년에공동수상이이루어졌다.최근많은업적이쌓이고이로인해파생하는효과가크기때문일것이다.
이러한시대적맥락과과학학습방법이라는배경에서이책은아인슈타인의일반상대성이론의기본개념을논문원문외에도역사와관련학자들의일화를함께소개한다.여러사진자료들도도움이된다.이는독자로하여금선입견으로겁먹거나책을읽는데지루하지않게한다.어쩔수없이도입하는수식에친숙하지않다면어려울수있으나,고등학교수준의수학을이해하는독자라면읽을수있도록친절하게설명했다.
이책을통해과학자처럼사고하고과학이론에푹빠져보는값진경험을하길기대한다.

휘어진공간에서최단거리는직선이아니라곡선!
일반상대성이론완성에핵심역할을한새로운기하학

삼각형의내각의합은180도이다.이는학교에서기본으로배우는삼각형의성질이다.그러나말안장위에삼각형을그리면?혹은축구공위에삼각형을그리면어떻게될까?삼각형의내각의합은180도보다작거나커질것이다.
평면에서직선밖의한점을지나면서그직선과평행한직선은하나뿐이다.유클리드는증명할수없는이평행선가정으로무수한정리를증명했다.이것이우리가당연하다고생각해온유클리드기하학이다.
이후많은수학자가평행선가정을증명하려고했지만실패했다.그러나몇몇학자들이평행선가정을부정하며새로운기하학을만들었다.보여이,로바쳅스키등의연구로탄생한비유클리드기하학이다.
가우스와그의제자리만은비유클리드기하학에서의곡률을연구했다.리만이완성한리만기하학은훗날특수상대성이론의일반화,즉일반상대성이론이완성되는데큰역할을한다.
아인슈타인의친한친구였던수학자그로스만은리만기하학의권위자였다.아인슈타인에게리만기하학을소개한사람이바로그였는데,이는아인슈타인의일반상대성이론발전에결정적인역할을했다.두사람의협력은1913년에출판된획기적인논문으로이어졌다.
이책은아인슈타인이동료와어떻게의사소통하면서문제를해결하고이론을정립하였는지알아가는좋은기회가될것이다.

현대물리학에서가장매력적이면서도미지의주제인‘블랙홀’
블랙홀을예언한일반상대성이론을파헤쳐보자!

1783년영국의미셸은빛조차탈출할수없는중력이매우큰별의개념을제안했다.이를암흑별이라칭했는데이것이바로블랙홀에관한첫연구였다.1967년미국프린스턴대학물리학과교수휠러는NASA고더드우주연구소의연설중에‘블랙홀’용어를처음으로언급했다.
영국의로저펜로즈는일반상대성이론으로블랙홀의이론적가능성을입증하여2020년노벨물리학상을수상했다.2017년노벨물리학상을수상한미국의물리학자킵손은블랙홀과시간여행을소재로2014년에개봉한영화〈인터스텔라〉제작에참여했다.
〈시간의역사〉로유명한영국물리학자스티븐호킹은특이점과블랙홀연구에관한업적을남겼다.슈바르츠실트가발견한아인슈타인방정식의해는블랙홀물리학을탄생시켰다.
현대물리학에서가장매력적이자미지의연구주제인블랙홀!인류가블랙홀의존재를알게된건바로아인슈타인의일반상대성이론덕분이다.아인슈타인의일반상대성이론논문과함께더넓은우주로여행을시작하자!