이 책의 저자 카를로 로벨리(Carlo Rovelli)는 이탈리아 태생의 저명한 물리학자이다. 그는 양자이론과 중력이론을 결합하여 ‘루프양자중력’이라는 새로운 개념을 만들어 블랙홀의 본질을 새롭게 규명한 우주론의 대가이다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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소년 시절 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein, 1879~1955)은 아무 생각 없이 멍한 상태로 빈둥거리며 지냈습니다. 사춘기 청소년들은 어디를 가든 쓸데없이 시간을 보내는 경우가 많은데 안타깝게도 부모들 대부분은 그런 사실을 잘 모르지요. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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아인슈타인은 취리히 대학에 입학하면서 본격적으로 물리학을 공부했습니다. 그리고 몇 년 후인 1905년, 당시 유명세를 떨치던 과학 잡지사 《물리학 연보(Annalen der Physik)》에 논문 세 편을 보냅니다. 세 논문 모두 노벨상을 수상할 정도의 가치가 있는 것들이었지요. 첫 번째 논문은 원자가 실제로 존재한다는 것을 증명하는 내용이었고, 두 번째 논문은 우리가 다음 강의에서 이야기할 양자역학의 장을 여는 내용이었습니다. 그리고 세 번째 논문은 최초로 자신의 상대이론[요즘 ‘상대성’이론이라고 부르는 이론], 즉 왜 모든 사람에게 시간이 똑같이 흘러가지 않는 것인지를 설명하는 이론을 담고 있었습니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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아인슈타인 인생의 최대 업적인 ‘일반상대성이론’의 이름은 이 중력이론에서 비롯된 것입니다. 아제르바이잔이 배출한 위대한 물리학자 레프 란다우(Lev Landau, 1908~ 1968)는 상대성이론을 두고 ‘가장 아름다운 과학 이론’이라고 부르기까지 했지요. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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"인류의 모든 지식 중에서 상대성이론은 단연 특별합니다. 첫 번째 이유로 이 이론은 일단 어떻게 작용하는지 그 원리만 알게 되면 말도 못하게 간단하기 때문입니다." - <모든 순간의 물리학> 중에서
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뉴턴은 무엇 때문에 사물이 추락하고 행성들이 회전하는지를 설명하고자 했습니다. 그는 모든 물체에는 한 쪽에서 다른 쪽을 당기는 ‘힘’이 있을 거라고 생각했고, 이 힘을 ‘중력’이라고 불렀습니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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아인슈타인이 태어나기 바로 몇 해 전, 영국의 위대한 물리학자인 마이클 패러데이(Michael Faraday, 1791~1867)와 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell, 1831~1879), 두 사람이 뉴턴의 세상에 차가운 성분 한 가지를 추가했습니다. 바로 전자기장이었지요. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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전자기장은 우리 눈에 보이지 않지만 전자기파를 사방으로 퍼트려 공간을 채우고 있으며 때로는 진동을 하고 호수의 표면처럼 물결이 생기기도 합니다. 그리고 전력을 ‘주위에 전달’할 수도 있습니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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다시 말해 ‘전기장’과 동일한 ‘중력장’이 존재하는 것입니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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중력장이 공간 속에서 확산되는 것이 아니라 중력장 자체가 공간이라는 것입니다. 이것이 바로 일반상대성이론의 개념입니다. 그에 따르면 사물이 이동하는 뉴턴의 ‘공간’은 중력을 갖고 있는 ‘중력장’과 똑같은 것입니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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이제 공간도 물질과 다를 바 없는 것이 된 것입니다. 이제 공간은 이 세상을 구성하는 ‘물질’ 중 하나가 된 것이지요. 공간은 파도처럼 물결을 이루며 휘기도 하고 굴절도 하고 왜곡되기도 하는 실체입니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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태양은 자신의 주변 공간을 굴절시키고, 지구는 신비로운 힘에 이끌려서가 아니라 기울어진 공간 속에서 직선으로 주행하기 때문에 태양의 주위를 돕니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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‘수학의 왕자’라 불리던 19세기 최고의 수학자 카를 프리드리히 가우스(Carl Friedrich Gauss, 1777~1855)는 언덕의 표면에 비유해 2차원 곡선의 표면을 설명했습니다. 그리고 수학에 뛰어난 재능을 보이던 자신의 제자에게 3차원이나 그 이상의 차원에 있는 모든 곡선 형태의 공간을 일반화하는 일을 맡아달라고 부탁했습니다. 이 제자가 바로 베른하르트 리만(Bernhard Riemann, 1826~1866)이었습니다. 리만은 너무 어려워서 다른 사람들이 보기에는 아무 쓸모없는 박사학위 논문을 썼는데, 그 논문의 결론은 곡선 공간의 특성들을 어떤 수학적 명제를 통해 포착할 수 있다는 것이었습니다. 이것이 바로 현재 우리가 ‘R’로 표기하고 ‘리만 곡면’이라 부르는 것입니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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아인슈타인은 R을 물질 에너지에 비례하는 수로 정한 방정식을 쓰기도 했습니다. 즉, 공간은 물질이 있는 곳에서 곡선을 이룹니다. 그게 전부입니다. 아인슈타인의 방정식은 그저 그렇게 중간 정도까지 진행되었을 뿐, 골인 지점에 도달하지는 못했습니다. 공간이 휜다는 관점과 이를 설명하는 방정식, 그뿐입니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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우선 아인슈타인의 방정식은 별 하나의 주위를 둘러싸고 있는 공간이 어떻게 휘는지 설명합니다. 이 곡면 때문에 행성들이 별의 주위를 공전할 뿐 아니라, 빛이 직선으로 이동하다가 방향을 트는 현상이 발생하게 됩니다. 아인슈타인은 일찍이 태양이 빛을 굴절시킨다고 예측했었습니다. 그의 예측은 1919년에 입증되어 사실로 밝혀졌습니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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그런데 공간뿐 아니라 시간도 곡선이 됩니다. 아인슈타인은 지구 대기권 밖처럼 중력이 약한 곳에서는 시간이 빨리 흐르고, 반대로 중력이 센 지구 표면에서는 시간도 천천히 흐른다고 예측했습니다.● 이 또한 실제로 측정되어 사실로 밝혀졌습니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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특수상대성이론에 따르면 속도가 빠른 곳에서는 시간이 천천히 흐르고, 속도가 느린 곳에서는 시간이 빠르게 흐른다. 또한 일반상대성이론에 따르면 중력(혹은 중력가속도)이 센 곳(가령 지표면)에서는 시간이 천천히 흐르고 중력이 약한 곳(가령 에베레스트 정상)에서는 시간이 빨리 흐른다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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거대한 별은 자신의 연료[수소]를 모두 태우면 빛을 잃습니다. 연소 중에 발생된 열기마저 다 사라지면 별 스스로의 무게에 짓눌리게 되고, 심지어 공간을 매우 강하게 휘게 만들어 빛조차 빠져나올 수 없는 구멍이 만들어집니다. 이 구멍이 그 유명한 블랙홀입니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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공간은 전체적으로 넓게 확장되고 팽창할 수 있습니다. 아인슈타인의 방정식은 거기에서 더 나아가 아예 공간은 정지된 상태로 있을 수 없으며 항상 확장하고 있다고 지적했습니다. 1930년 우주의 팽창은 실제로 관측됐고, 아인슈타인은 자신의 방정식을 통해 우주의 팽창이 아주 작지만 매우 뜨거웠던 젊은 우주의 폭발, 이름하여 ‘빅뱅(Big Bang)’에 의한 것이라고 예측했습니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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폭발 초기의 열기로 인해 발생했던 빛이 우주에 남아 확산되는 우주배경복사(cosmic microwave background)까지 관찰됐습니다. 아인슈타인 방정식의 예측이 옳았던 것입니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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"아인슈타인의 모든 이론은 맑은 직관에 의해 탄생했습니다. 이 모든 것은 아주 기본적인 직관, 공간(space)과 장(field)이 같다는 개념에서 만들어진 결과입니다." - <모든 순간의 물리학> 중에서
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정리하면, 아인슈타인의 이론은 이 화려하고 경이로운 세상에서 우주가 폭발하고, 공간이 출구도 없는 구멍 속으로 빨려 들어가고, 시간은 한 행성에서 아래로 내려갈수록 느려지고, 별과 별 사이에 펼쳐진 공간은 바다의 표면처럼 물결 모양을 이루며 흔들린다고 설명합니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
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이 모든 것은 기본적인 직관, 즉 공간(space)과 장(field)이 같다는 개념에서 만들어진 결과입니다. 그리고 간단한 방정식이 낳은 결과이기도 합니다. 이 책을 읽는 독자들은 이해할 수 없을지 모르지만 적어도 얼마나 간단한지 보여주고 싶어서 한번 쓰고 넘어가야겠습니다.
Rab − ½Rgab= Tab
- <모든 순간의 물리학> 중에서
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20세기 물리학의 두 기둥은 첫 번째 강의에서 이야기한 일반상대성이론과 이번 강의에서 다룰 양자역학인데, 이 두 가지는 큰 차이가 없을지 모릅니다. - <모든 순간의 물리학> 중에서
https://www.millie.co.kr/v3/bookDetail/13209435 - P28
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