아인슈타인의 생각 실험실 1 - 빛을 쫓아 특수상대성이론에 이르다

저:송은영
서울에서 태어나 고려대학교 물리학과와 같은 대학원에서 원자핵 물리학을 전공했다. 현재 과학 전문 작가로 활동하고 있다. 저서로는 『블랙홀 랑데뷰』,『과학자가 들려주는 과학 이야기』 시리즈와 상대성 이론과 아인슈타인에 대해서 쓴 『사고(思考)뭉치 아인슈타인 엘리베이터를 타다』 『사고(思考) 뭉치 아인슈타인 빛을 뒤쫓다』과 『꿈꾸는 아인슈타인』, 『과학 원리로 떠나는 창의력 여행』, 『신나고 재미있는 이야기 속 물리여행』『Mr.퐁 과학에 빠지다』『과학 공부를 잘하는 7가지 방법』, 『아인슈타인의 생각 실험실 1, 2』 등 어린이들에게 유익한 많은 과학 도서가 있다.

1권 책소개

'상대성'이란 '절대성'의 반대이다. 따라서 상대성이론이란 간단히 말해 "시간과 공간은 절대적인 것이 아니며, 관측하는 입장에 따라 바뀐다."는 것을 명확히 한 이론이다. 특수상대성이론에 따르면, 광속에 가까운 속도로 날아가는 우주선 안에서는 시간의 흐름이 느려진다. 달 표면에 있는 사람이 보면, 우주선 안의 시간이 천천히 흘러간다. 그렇다면 우주선 안에 있는 사람은 시간이 천천히 흐르는 것을 실감할까? 그렇지 않다. 시간이 느려진다는 것은 사람의 동작에서부터 원자 하나하나의 움직임에 이르기까지 모든 것의 속도가 느려짐을 뜻하기 때문이다. 즉 우주선 안에 있는 사람에게는 아무런 변화도 없다. 시간의 흐름이 느려지고 빨라지는 것은 다른 입장에 있는 사람과 비교했을 때만 의미를 가진다.
불가사의한 현상은 또 있다. 광속에 가까운 속도로 날아가는 우주선과 정지해 있는 우주선의 길이는 원래 같다. 그러나 날아가고 있는 우주선은 길이가 줄어든다. 광속에 가까운 속도로 날아가는 물체는 길이가 줄어든다. 즉, 시간이 느려지는 예와 마찬가지로 물체의 길이도 '상대적'이다. 또 하나 중요한 특수상대성이론의 효과가 있다. 그것은 광속에 가까운 속도로 날아가는 우주선의 질량이 커진다는 사실이다.
이처럼 1권 '빛을 쫓아 특수상대성이론에 이르다'에서는 아인슈타인의 창조적 사고를 중심축으로 놓고, 이론화하는 과정에서 참고했던 과학 이론과 과학자를 주변축으로 삼아 아인슈타인의 생각의 실타래를 놓치지 않는 데 중점을 두었다. 또한 이해를 돕는 그림들이 수록되어 있으며, 부록에 특수상대성이론에서 사용되는 여러 계산법 및 공식을 소개했다.

2권 책소개

일반상대성이론에 따르면 빛은 중력에 의해 휘어진다. 물체도 아니고 무게도 없는 빛이 중력에 의해 나아가는 코스가 바뀌는 것이다. 주의할 점은, 이 빛의 휘어짐은 진공에서도 일어나는데, 물속에서 일어나는 빛의 굴절과는 다르다는 사실이다. 빛이 휘는 것은 공간이 휘기 때문에 일어나는 현상이다. 중력은 시간의 흐름에도 영향을 끼친다. 중력에 의해 시간이 천천히 흐른다. 빛을 휘게 할 뿐만 아니라 삼켜 버릴 정도로 중력이 강한 블랙홀 근처에서는 시간이 거의 정지해 버린다. 우주선이 블랙홀 근처까지 날아가 잠시 머물렀다가 돌아오는 것을 생각해 보자. 머무는 장소를 잘 선택하면 여행자는 1년밖에 보내지 않았는데, 지구에서는 100년이 지나가는 일이 있을 수 있다.
이처럼 2권 '엘리베이터에서 일반상대성이론을 만나다'에서는 태양 주변에서 빛이 휜다는 사실은 곧 시공간이 휜다는 의미임을 설명하고, 이로부터 자연스레 유도되는 중력 렌즈 현상에 대해서도 자세히 소개한다. 또한 아인슈타인 편이 현상과 그것이 궁극적으로 맞닿게 되는 자연의 실체가 시간의 변화라는 사실을 상세히 설명하며 블랙홀이 필연일 수밖에 없는 이유, 화이트홀과 웜홀의 존재 가능성도 살펴본다.


★ 이 책들은 에피소드 출판사에서 2003년에 출간됐던 『사고뭉치 아인슈타인, 빛을 뒤쫓다』와 『사고뭉치 아인슈타인, 엘리베이터를 타다』를 새롭게 펴낸 것입니다.