상대성이론 입문자에게 추천 - 빛보다 느린 세상

빛보다 느린 세상 - 수식 없이 이해하는 상대성이론
최강신 지음 / Mid(엠아이디) / 2016년 3월

상대성이론을 수식 없이 그림으로 이해할 수 있게 설명하는 책, 빛보다 느린 세상.

그동안 상대성이론에 관한 책을 읽어도 이건 그저 글씨일 뿐~ 하며 도통 이해 못 했는데, 이 책을 읽으면서는 이해하면서 읽게 되는 듯한 착각(?)을 하게 하네요. 그만큼 직관적으로 감 잡게 하는 방식이 매력적이었어요.

시공간이 어떤 상황에서 어떻게 변하는지, 물질을 어떻게 사용해 시간 흐름을 바꿀 수 있는지.

시간과 공간에 대한 가장 근본적인 이론인 이 상대성이론이 어렵게 느껴지는 것은 그동안 뻔하게 생각했던 것과 달리 상식에 벗어나는 상황이기에 머릿속에서 자꾸 걸리는 것 같아요. 알면 알수록 이런 사고방식을 생각해낸 것 자체가 넘사벽이라고나 할까요.

<빛보다 느린 세상>은 이렇게 개념 자체도 난해한 이론을, 게다가 수식에 익숙하지 않은 평범한 우리에게 이만하면 그래도 읽을만하지? 라는 생각을 안겨준 책입니다.  

4부로 구성된 이 책은 특수 상대성이론을 다룬 1부 120여 페이지, 일반 상대성이론을 다룬 3부 150여 페이지만 읽어도 됩니다. 1부와 3부는 중학교 과학 수준으로 가볍게 시작해요. 2, 4부는 각각 더 깊이 이해하고 싶은 독자를 위한 보충설명격이어서 필독 부분은 아니네요.

상대성이론의 결론 중 하나는 '보는 사람에 따라 시간 흐름이 다르다'는 것인데요.

​1층과 10층에 시계를 가져다 놓았을 때 중력 때문에 10층 시계가 빠르게 간다고 해요. 이런 임파서블한 일이!

다만 일상생활에서는 차이를 못 느낄 만큼 미세한 차이입니다. 하지만 어딘가 중력이 아주 센 별이 있다면 시간 흐름의 차이도 확연해질 거라는 걸 생각할 수 있죠.

또 다른 놀라운 점.

야구공이 가만히 있을 때와 던졌을 때 길이가 달라진다는 것! 마술 같은 일이지 않나요. 역시 그 차이가 너무 미미해서 우리는 모를 뿐이라고 해요.

<빛보다 느린 세상>에서는 읽으면서 물음표가 생기거나 이해 될락말락 하는 시점에 독자도 알아채지 못한 의문을 질문과 답변 형식으로 설명하기도 하는데, 이 설명 포인트가 좋더라고요.

시원하게 탁 건드려주고 가네요.

상대성 이론을 설명하는 데 필요한 사례를 보며 재미있는 사실들을 참 많이 알게 되었어요.

지구가 태양 주변을 도는 속력이 무려 시속 100,000km. 롤러코스터 천 배 이상 속도인데 우리는 멀미도 안 하고 지구가 움직인다는 것조차 못 느끼고 있죠. 즉 가만히 있다는 것 자체의 의미가 기존에 알고 있는 것과 다르다는 걸 깨달았어요. 가만히 있다는 것은 외부의 힘을 받지 않는 상태를 말하는 거죠. 일정 속도로 움직이는 것 역시 마찬가지더라고요. 기차가 서 있을 때와 일정 속도로 움직일 때 모두 멈추어 있는 것처럼 느끼잖아요.

그런데 빛으로 실험하면 이상한 결과가 나온다 합니다.

동시에 일어난 두 사건이 보는 사람에 따라 시차를 두고 일어났을 수 있다는 결과가 나온대요. 

빛이란 건 우리 눈에 도달하는 순간에야 볼 수 있기에 그렇거든요. 빛이 퍼져 나가는 현상을 이해하는 과정에서 특수 상대성이론이 탄생했답니다. 움직이는 물체의 시간이 천천히 흐른다는 것을 기차와 빛 그림으로 설명하는데 너무 신기했어요.

일반 상대성이론에서는 엘리베이터 실험을 통해 설명하는데, 우리가 잘 아는 중력을 새롭게 보완하는 느낌입니다. 빛을 포함한 모든 물체가 예외 없이 같은 가속도로 떨어지는 중력은 결국 가속운동과 같은 현상이라는 것을 그림으로 알려주네요.

중력의 영향을 받으면 시간이 느리게 흐른다는 것, 물체는 시간이 천천히 흐르는 장소로 떨어진다는 것을 앞에서 배웠는데요, 특수 상대성이론에서 시공간을 묶어 생각했기에 공간 역시 휘게 한다는 것을 설명합니다.

갈릴레오 상대성이론, 뉴턴 중력 이론, 그리고 특수 상대성이론과 일반 상대성이론이 이 책에서 다뤄지는데 각각의 이론이 설명할 수 있는 부분과 한계를 짚어주고 있습니다. 일반 상대성이론으로는 우주의 팽창을 설명할 수 있고, 블랙홀도 이론적으로 설명 가능하답니다. 2016년 2월 11일 중력파 직접 검출 공식 발표로 일반 상대성이론에서 예견했던 부분이 일반 상대성이론 탄생 100년 만에 검증되기도 했죠.

하지만 일반 상대성이론도 매우 작은 크기의 양자 역학적 중력에 대해서는 이해할 수 없는, 궁극의 이론은 아니기에 이론 물리학의 향후 연구방향을 짚어주기도 합니다.

시간의 본질을 우리는 알 수 없기에 추상적인 개념이라 어렵게만 느껴졌던 상대성이론. <빛보다 느린 세상>에서 그림으로 설명함으로써 직관적으로 이해할 수 있게 도와주는 책이어서 상대성이론 입문자라면 필독서로 추천합니다.