2011년 2월 15일 화요일

상대성 이론 Relativity

아인슈타인      Einstein, Albert(미국, 1879~1955)

알베르트 아인슈타인은 1879년 3월 14일 독일 울름(Ulm)에서 유대인 아버지와 독일인 어머니 사이에서 태어났다. 숙부의 영향으로 아인슈타인은 수학과 과학에 대해 관심을 갖게 되었고, 취리히의 연방공과대학에서 4년간 물리학과 수학에 몰두하게 된다.
1900년 아인슈타인은 베른에 있는 스위스 특허 사무소에서 심사관으로 일을 시작했다. 1905년 아인슈타인은 독일의 유명한 월간 학술지 <물리학 연보(Annalen der Physik)>에 <분자 차원의 새로운 결정(A New Determination of Molecular Dimensions)>이라는 논문을 발표했는데, 나중에 취리히 대학교에서 이 논문으로 박사학위를 받았다. 그해 아인슈타인은 <물리학 연보>에 중요한 논문 4개를 더 발표했다. 브라운 운동 이론에 관한 <정지 액체 속에 떠 있는 작은 입자들의 운동에 대하여 (Über die von der molekularki- netischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen)>, 빛을 파동으로서뿐 아니라 입자 성질을 갖는 광자로 가정해 광전 효과를 설명한 <빛의 발생과 변화에 관련된 발견에 도움이 되는 견해에 대하여(Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Ge- sichtspunkt)>, 특수 상대성 이론을 소개한 <운동하는 물체의 전기역학에 대하여(Zur Elektrodynamik bewegter Körper)>, 질량과 에너지가 같다는 사실을 확립한 <물체의 관성은 에너지 함량에 의존하는가(Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig)>.
1916년에는 <물리학 연보>에 <일반 상대성 이론의 기초(Die Grundlagen der allgemeinen Relativitätstheorie)>를 발표한다. 이로 인해 아인슈타인은 천재적인 과학자로서 국제적인 명성을 얻게 되고, 1921년 상하이에서 “당신의 광전법칙과 이론물리학 분야에서의 업적으로 노벨 물리학상을 받게 되었다”는 국제전보를 받는다.
아인슈타인은 전자로부터 행성까지 우주 안에 있는 모든 것의 작용을 지배하는 일반 법칙을 발견하려는 노력을 중단하지 않았다. 그는 단일한 방정식이나 공식들을 물질과 에너지의 보편적 속성들과 연관시키려고 했는데 이는 나중에 통일장 이론으로 불리게 된다.
1933년 독일에서 히틀러가 집권하자 아인슈타인은 독일 시민권을 포기하고 미국으로 떠났으며, 1955년 4월 18일 프린스턴 병원에서 잠을 자다가 숨을 거두었다.

내용 소개

☑ 국내 최초 소개
이 책은 원전의 분량이 많지 않으므로 발췌하지 않고 모두 번역했습니다.

상대성 이론을 아인슈타인이 직접 설명하는 것보다 더 잘 설명하는 길은 없을 것이다. 이 책에서 아인슈타인은 수학 공식을 최소한으로 이용해서 우리가 살고 있는 세계를 이해할 수 있도록 도와주는 이론의 기본 개념과 원리를 설명하고 있다. 이 책은 상대성 이론을 간단하면서도 알기 쉬운 방식으로 설명했다. 아인슈타인은 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론, 그리고 공간에 관한 자신의 관점을 소개한다.
상대성 이론에 관한 책이 많이 있지만 이 책은 여전히 가장 대중적이고 유용한 설명서이다. 상대성 이론이 어떤 것인지 관심은 있지만, 숫자와는 별로 친하지 않은 독자들에게 상대성 이론의 과학적인 부분을 개괄적으로 설명하는 것은 물론이고, 철학적인 면까지 고찰할 수 있도록 정확하게 설명하기 위해 아인슈타인이 직접 쓴 책이다. 한 장 한 장 넘기기 전에 깊게 생각하게 만든다. 이 책은 복잡하고 어려운 상대성 이론 교과서를 공부하기 전에 반드시 읽어야 하는 책이다. 물리학도가 아니더라고 시간과 공간에 대해 깊이 생각하는 지성인이라면 꼭 갖고 있어야 하는 책이다.

머리말 중에서

타임지가 선정한 20세기 인물인 알버트 아인슈타인은 상대성 이론과 양자 과학으로 대표되는 현대 물리의 창시자 가운데 한 명이다. 상대성 이론은 1600년대 이후 세계를 지배하던 뉴턴 역학의 절대적 지위를 빼앗았다. 쉽게 말하면 상대성 이론이란 시간과 공간을 측정하고 연구하기 위한 사고의 틀이라고 할 수 있다. 이 이론은 측정의 대상이 되는 물체와 측정의 기준이 되는 기준체 사이의 관계를 규정짓는 것에서 출발하였다.
상대성 이론을 아인슈타인이 직접 설명하는 것보다 더 잘 설명하는 길은 없을 것이다. 이 책에서 아인슈타인은 수학 공식을 최소한으로 이용해서 우리가 살고 있는 세계를 이해할 수 있도록 도와주는 이론의 기본 개념과 원리를 설명하고 있다. 이 책은 상대성 이론을 간단하면서도 알기 쉬운 방식으로 설명했다. 아인슈타인은 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론, 그리고 공간에 관한 자신의 관점을 소개한다.
상대성 이론에 관한 책이 많이 있지만 이 책은 여전히 가장 대중적이고 유용한 설명서이다. 상대성 이론이 어떤 것인지 관심은 있지만, 숫자와는 별로 친하지 않는 독자들에게 상대성 이론에 대한 과학적인 부분을 개괄적으로 설명하는 것은 물론이고, 철학적인 면까지 고찰할 수 있도록 정확하게 설명하기 위해 아인슈타인이 직접 쓴 책이다. 한 장 한 장 넘기기 전에 깊게 생각하게 만든다. 이 책은 복잡하고 어려운 상대성 이론 교과서를 공부하기 전에 반드시 읽어야 하는 책이다. 물리학도가 아니더라고 시간과 공간에 대해 깊이 생각하는 지성인이라면 꼭 갖고 있어야 하는 책이다.
상대성 이론은 단순한 자연법칙이 아니고 사고 체계라고 할 수 있다. 17세기 갈릴레오가 오염되지 않은 감각으로 인지되는 것들만 자연과학으로 인정하던 아리스토텔레스 학파에게 실험과 수학을 이용한 자연과학을 할 수 있다는 새로운 철학을 증명한 이후 상대성 이론은 인식에 대한 대변혁을 또 한번 일으킨 것이다. 추상적 수학 개념과 세밀한 관측을 통해 자연을 이해하는 열쇠가 된다고 알려준 갈릴레오와 뉴턴이 해결하지 못했던 측정의 대상이 되는 물체와 측정의 기준이 되는 기준 좌표계의 관계를 이해하기 위한 고민에서 상대성 이론이 시작되었다고 할 수 있다.
고민의 철학적 근거와 사고가 진행되어 온 논리 전개를 아인슈타인 자신이 직접 설명해 준 이 책이야 말로 코페르니쿠스의 ≪천구의 회전에 관하여≫, 케플러의 ≪신천문학≫과 ≪우주의 조화≫, 갈리레오의 ≪시데레우스 눈치우스≫, ≪2 개의 주된 우주체계에 관한 대화≫, ≪새로운 두 과학에 관한 논의와 수학적 논증≫, 뉴턴의 ≪프린시피아≫와 같은 고전 중의 고전이라고 할 수 있다.
원전의 출판사는 Methuen & Co Ltd.이며 초판 출판 연도는 1920년, 번역하는 책의 출판 연도와 판본은 각각 1960년, 15판이다.
1916년 처음 아인슈타인이 발표한 것을 1920년 출판하였다. 쉐필드 대학교의 로슨 교수가 영어로 번역한 것이 여러 출판사에서 출판되고 있다. 이 번역본은 영국에 있는 Methuen & Co Ltd.가 1960년에 영어로 출판한 책을 번역한 것이다.
상대성 이론에 대한 책과 그 해설서가 많이 있지만, 상대성 이론을 확립한 사람만큼 상대성 이론을 깊이 이해하는 사람은 없다. 이 이론이 심오하기 때문이고 또 이 이론 바닥에 깔려 있는 철학적 사상에 대한 깊은 이해가 필요하기 때문이다. 이 책은 상대성 이론 자체에 대한 설명이나 수학적 복잡함을 설명하는 대신 상대성 이론이 나올 수밖에 없었던 논리적 사고의 흐름을 자연스럽게 소개하고 있다. 이 책을 따라가 보면 상대성 이론이 가장 보편적인 자연 법칙이라는 것에 동의할 수밖에 없다. 부록 5는 특별히 공간의 개념을 설명하고 있다. 어느 철학자도 해결하지 못했던 공간에 대한 정의를 해결한 아인슈타인은 자연스럽게 일반 상대성 이론에 도달하게 되는 것이다. 아인슈타인은 이론이 필요해서 상대성 이론을 만든 것이 아니라, 시간과 공간에 대한 깊은 사색과 논리적 유추에 의해 결론적으로 이 이론을 만들게 된다.
이 책의 강점은 간결하다는 것이다. 이 책을 읽을 때마다 명쾌한 설명에 감동을 받는다. 이 책은 상대성 이론의 개념을 설명한다. 복잡한 계산과 공식을 배제하고 저자는 기본 개념을 소개한다. 물리책에는 복잡한 수식이 있고, 그 수식을 완전히 이해해야 내용을 소화했다고 생각하는 경향이 있다. 하지만, 수식 자체보다는 수식이 의미하는 바를 읽어낼 줄 알아야 개념을 이해한 것이라 할 수 있다. 이 책에는 수식이 거의 나오지 않는다. 그래서 오히려 생소하게 느껴질 수 있을 것이다. 하지만, 본문을 천천히 생각하며 읽으면 상대성 이론을 주창한 저자가 논리적으로 어떻게 이 이론에 도달하게 되었는지 알게 될 것이고 상대성 이론의 핵심적인 개념과 의의를 이해하게 되는 희열을 맛보게 될 것이다.

차례

해설·······················                        9
지은이에 대해··················                 13

서문······················                        17
15번째 개정판의 노트···············            19

1부 특수 상대성 이론

1. 기하학 명제의 물리적 의미···········       23
2. 좌표계····················                    26
3. 고전 역학에서의 공간과 시간··········      29
4. 갈릴레이 좌표계················              31
5. 제한된 의미의 상대성 원리···········       32
6. 고전 역학에서 사용하는 속도의
   합에 관한 정리··                        36
7. 상대성 원리와 빛의 전파의 법칙
   사이에 있는 명백한 불일치성··················· 37
8. 물리학에서 시간에 대한 개념··········      40
9. 동시성의 상대성················              43
10. 거리 개념에 대한 상대성············       47
11. 로렌츠 변환·················                48
12. 움직이고 있는 측정자와 시계의 특성······ 53
13. 속도 합에 관한 정리, 피조의 실험········ 57
14. 상대성 이론의 자기 발견적 가치········   60
15. 상대성 이론의 일반적인 결과들·········   62
16. 경험과 특수 상대성 이론············       68
17. 민코프스키의 4차원 공간············       73

2부 일반 상대성 이론

18. 특수 상대성 원리와 일반 상대성 원리····· 79
19. 중력장····················                   83
20. 상대성 이론의 일반적 가정을 위한 논의로서
    관성 질량과 중력 질량의 등가성·····     86
21. 특수 상대성 이론과 고전 역학의 기초가
    불만족스러운이유·····················        90
22. 일반 상대성 원리로부터의 몇 가지 추론··93
23. 회전하는 좌표계에서 측정자와
    시계의 행동···                         97
24. 유클리드 연속체와 비유클리드 연속체····101
25. 가우스 좌표계················             105
26. 유클리드 연속체인 특수 상대성 이론의
    시공간 연속체······················         109
27. 유클리드 연속체가 아닌 일반 상대성
    이론의 시공간 연속체···················    111
28. 일반 상대성 원리의 정확한 수식화······· 115
29. 일반 상대성 원리에 근거한
    중력의 문제에 대한 해답······················118

3부 우주에 관한 전체적인 고찰

30. 뉴턴 이론이 갖는 우주론적 문제········  125
31. ‘유한’하지만 ‘경계가 없는’
    우주의 가능성····                     127
32. 일반 상대성 이론에서 본 우주의 구조····132

부록

1. 로렌츠 변환의 유도(11장의 보충)········  137
2. 민코프스키의 4차원 공간(‘세계’)
   (17장의 보충)··                        144
3. 일반 상대성 이론을 증명한 실험········   145
4. 우주의 구조(32장의 보충)···········       156
5. 상대성 이론과 공간의 문제···········      159

옮긴이에 대해··················                185

같이 읽으면 더 좋은 지만지 작품

코페르니쿠스 《천체의 회전에 관하여》, 케플러 《신 천문학》, 《우주의 조화》

역자    장헌영  경북대 천문대기과학과

장헌영은 연세대학교 천문학과를 졸업한 후, 영국 케임브리지(Cambridge) 대학교에서 태양 내부 구조에 관한 연구로 박사학위를 받았다. 귀국 후 삼성항공 항공우주연구소 선임연구원, 고등과학원 조교수로 있었고 현재 경북대학교 천문대기과학과 교수로 재직 중이다. 태양 및 우주 환경, 감마선 폭발체, 미시 중력 렌즈 현상, 블랙홀과 관련된 고에너지 천체물리학 현상 등을 연구하고 있다. 역서로는 ≪갈릴레이의 천문노트: 시데레우스 눈치우스≫, ≪망원경으로 떠나는 4백 년의 여행≫ 등이 있다.

편집 후기

옮긴이인 장헌영 선생님은 이공계 교수님이신데도 불구하고 질투가 날 정도로 번역을 매끄럽게 잘하셨다. 신이 공평한 게 맞나 싶을 정도로 말이다. 그런데 내가 신까지 들먹이는 이유는 따로 있다. 아인슈타인이 <<상대성 이론>> 서문에서 “고등학교 수준의 교육을 받은 독자라면 내용을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.”라고 말한 것이다. 내용도 쉽게 이해 못하고 번역도 매끄럽게 잘하지 못하는 나는 무어란 말인가!ㅋㅋ

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