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상대성 이론이란 무엇인가?
제프리 베네트 지음, 이유경 옮김 / 처음북스 / 2014년 8월
평점 :
구판절판
미국물리학회가 수여하는 과학커뮤니케이션상 수상자로, 천문학, 천체생물학, 수학, 통계학 등의
다양한 분야에 책들을 발표하며 반향을 불러일으킨 제프리 배네트가 아인슈타인의 '상대성 이론'의
해설서를 가지고 독자에게 다가왔다.
미시물리학에는 양자역학으로 거시물리학에는 뉴튼법칙이 자리잡고 있던 지난 200여년간의
과학의 틀을 현대의 천재물리학자 아인슈타인이 상대성이론으로 거시물리학의 이론을 바꾸고
21세기 코페르니쿠스적 전환으로 일대 파란을 일으켰다.
그 이론은 아직 유효하며 현대 물리학을 지배하고 있다.
이 책 '상대성 이론이란 무엇인가?'는 1부의 간략한 배경과 지식을 설명하고, 2부에서 상대성 이론
중 먼저 발생한 '특수 상대성 이론'을, 3부에서는 일반상황에서 적용되는 '일반 상대성이론'을
이야기하고, 마지막 4부에서는 '상대성이 지니는 의미'에 대해서 설명하고 있다.
예시와 이론설명에 많이 등장하는 '불랙홀'은 빛이 달아나지 못하게 하는 물체로, 블랙홀의
중력은 두 가지 방식으로 드러난다. 첫째는 눈에 보이는 항성이 궤도를 그리며 돌고 있는데
궤도 안에 분명한 뭔가가 보이지 않는다면 그것은 블랙홀일 가능성이 있다.
둘째, 블랙홀은 크기는 아주 작지만 질량은 매우 크므로 가까이에 있는 가스는 굉장이 빠른
속도로 도는데, 이러한 빠른 가스는 온도가 높은 X-선 빛을 낸다. 즉, 매우 작은 물체를 둘러싼
지역에 X-선이 뿜어져 나오면 블랙홀일 가능성이 높다.
1905년 발표된 특수 상대성이론은 사람이 블랙홀로 여행하는 동안 지구에 있는 사람들보다
시간이 천천히 흘러서 나이가 적게 드는 현상을 설명한다. 즉, 속도가 빨라질수록 시간은 천천히
가며, 질량은 무거워지고 거리는 짧아 진다는 것이 '모든 운동하는 것은 상대적이다.'라는 말에서
따온 용어인 '특수 상대성이론'의 핵심이다.
여기에는 두가지 전제 조간이 있다. 빛은 초당 30만킬로미터를 가고, 우리가 아는 어떠한 물질도
빛보다 더 빨리 갈 수 있는 것은 없다는 것이다.
이러한 특수 상대성 이론은 우주의 많은 측면을 더 잘 이해하게 해주었을 뿐만 아니라 여러
중요한 문제들도 해결해 주었다.
그리고 그것에 만족하지 못했던 아인슈타인은 10년에 걸친 연구끝에 1915년 '일반 상대성 이론'을
발표하게 된다. 이 이론은 중력과 가속도는 등가이고, 중력은 시공간의 휘어짐에서 생긴다는 것이다. 사실 이 이론은
다양한 예시를 통해서 설명되고 있으며 약간의 고민을 가미해야 이해할 수 있다.
하지만 이러한 생각의 시간을 값지게 받아들인다면 거시물리학을 지배하는 아인슈타인의 두개의
상대성이론을 이해하고 넘어서 블랙홀이 가지는 신비한 법칙에 대해서도 우리는 설득력있는 설명을
들을 수 있다.
이 책을 통해서 잠시나마 가졌던 아인슈타인과의 조우는 멀게만 느껴졌던 물리학의 영역에서 내가
살고 있음을 느낄 수 있는 값진 시간이었다.