상대성 이론

상대성 이론 - 알베르트 아인슈타인
쿠르트 피셔 지음, 박재현 옮김, 곽영직 감수 / Gbrain(지브레인) / 2013년 3월

1905년 빛이 에너지 덩어리로 구성되어 있다는 광양자설,물질이 원자 구조로 이루어져 있다는 브라운운동의 이론,물리적 시공간에 대한 기존 입장을 완전히 뒤엎은 특수상대성이론 논문을 발표하였다.이때 발표된 논문들은 단 8주만에 작성된 것이지만 그동안의 인식을 전환시킨 논문으로 평가되었다.특수상대성이론은 당시까지 지배적이었던 갈릴레이나 뉴턴의 역학을 송두리째 흔들어 놓았고,종래의 시간.공간 개념을 근본적으로 변혁시켰으며,철학사상에도 영향을 주었으며,몇 가지 뜻밖의 이론,특히 질량과 에너지의 등가성의 발견을 원자폭탄의 가능성을 예언한 것이었다. - 네이버 지식백과 -

아인슈타인에 대한 업적은 셀 수 없을 정도이다.특수상대성 이론(1905년)과 일반 상대성 이론(1916년)을 발표하고 1921년에는 노벨물리학상을 수상한 세기의 천재물리학자로 꼽힌다.그가 수상한 노벨물리학상은 광전효과 연구,이론 물리학에 기여한 업적을 인정받았던 것이다.단 질량과 에너지의 등가성의 발견이 원폭의 가능성을 예언하고 그것을 만드는 토대가 되었는데 그는 그로 인해 번민과 죄책감이 들어 만년에 '세계 평화운동'을 위해 헌신했던 이유이기도 하다.

자연계를 전공하지 않은 내게 아인슈타인의 상대성이론은 무척이나 생경하기만 하다.다양한 물리학자들의 이론과 수학적인 공식,그리고 그가 사고실험을 통해 얻어낸 물리적.기하학적.직감적인 이론의 완성은 난해하게 다가오지만 복잡한 사고와 상상력을 불러 일으키기에 충분하다.아인슈타인이 사고실험을 통해 발견한 물리 이론들은 결국 자연현상을 기하학적인 방정식을 대입시켜 계산할 수 있다는 점에서 기하학에 대해 지식과 경험이 있다면 보다 친숙하고 흥미롭게 제반 자연현상과 물리 이론을 쉽게 접할 수 있으리라 생각한다.

이 도서는 빛과 에너지,질량,공간,시간 그리고 중력을 아우르고 있으며,아인슈타인이 특수상대성 이론과 일반상대성 이론에 영향을 준 플라톤과 아리스토텔레스의 가속과 관성질량,케플러의 관성과 중력,아이작 뉴턴의 빛,물질과 에너지,클러크 맥스웰의 빛,전자와 전기,슈바르츠시트의 등가(等價)원리,알렉산터프리드먼의 일반상대성이론의 활용 등을 순서에 관계없이 소개하고 있다.아인슈타인이 남긴 특수상대성이론과 일반상대성이론이 그보다 먼저 살다간 물리학자들의 이론을 바탕으로 긴 사고실험을 통해 자연현상을 방정식으로 만들어 계산가능함을 보여 주고 있는 점이 특징이다.

정리하면 상대성이론은 크게 네 가지 원리에 기초하고 있다.첫째 빛은 관측자 가까이에서는 언제나 같은 속도 c로 움직이고,둘째 시간과 길이,속도는 관측자에 따라 달라지는 상대적인 양이고,셋째 충분히 작은 질량은 등가원리에 의해 중력의 영향,즉 휘어진 시공간 안에서 자유낙하하고 있을 때 고유시간이 일정하게 진행되며,네째 질량은 상기 세 가지 원리에 따라 간단한 방법으로 시공간을 휘게 하고,서로 정지해 있는 작은 질량을 가진 구름의 초기 수축가속도는 구름 속에 있는 질량에 비례한다는 것이다.

상대성 이론은 100여 년 남짓 되고 계속 실험적으로 확인되고 있다고 하는데 이 이론은 다른 세밀한 물리이론이 맞춰야 하는 '틀'이 되었는데 비근한 예가 전기역학이다.그것은 처음부터 상대성이론을 따르고 있다.가장 작은 것을 다루는 '양자론(量子論)'은 특수상대성이론에 맞추는 데만도 상당한 시간이 걸렸지만 이로 인해 반물질을 이해하는 계기가 되기도 했다.저자는 미래 세대에게 남겨진 과제가 가장 작은 것을 대상으로 하는 이론을 가장 큰 대상으로 하는 일반상대성이론과 통합시키는 것이라고 한다.개인적으로는 물리학자들의 계보와 방대한 이론,중요한 수치(예;빛의 속도,태양의 질량 등)를 발견할 수 있었다는 점에서 놀랍기만 하다.자연현상,일상 생활 속에서 아인슈타인이 발견한 질량,운동법칙 등도 꽤 흥미롭기만 하다.