뉴턴의 우주에서 아인슈타인의 우주로

절대적인 시간과 공간은 없다

아인슈타인이 놀라운 일을 해냈다는 것은 누구나 알고 있다. 하지만 그가 해낸 일이 무엇인지 정확하게 알고 있는 사람은 거의 없다. 일반적으로 물질세계와 우주에 대한 생각에 대변혁을 일으켰다는 것은 알고 있지만 그의 새로운 생각들은 수학적 학술어로 포장되어 있다. 그래서 상대성이론에 대한 대중적인 설명들이 수없이 시도되었지만 대개 중요한 내용을 말하기 시작하는 바로 그 지점부터 이해할 수 없게 된다. 새로운 생각들은 비 수학적인 언어로 표현될 수는 있다. 그럼에도 그 설명은 어렵다.
새로운 생각을 이해하기 위해선, 우선 우리들이 머릿속에 그리고 있는 우주에 대한 상상도가 먼저 변해야 할 필요가 있다. 이 상상도는 아주 먼 선조들로부터 전달받은 것이며 우리가 어린 시절부터 배웠던 것이다. 우리의 상상도를 변화시키는 것은 언제나 어렵다. 지구는 정지해 있지 않으며 천체가 하루에 한 번 지구 주변을 공전하는 것이 아니라고 가르쳤을 때, 코페르니쿠스는 이와 똑같은 상상도의 변화를 요구했던 것이다.
뉴턴은 힘을 믿었으며, 절대적인 공간과 시간을 믿었다. 그는 이런 믿음을 자신의 기술적인 방법론으로 구현시켰으며 그의 방법론은 후대의 물리학자들에게 남아 있었다. 아인슈타인은 뉴턴의 가설에서 벗어난 새로운 이론을 만들어냈다. 그렇게 하기 위해선 아득한 옛날부터 문제가 되지 않았던 공간과 시간에 대한 오래된 생각들을 근본적으로 변화시켜야 했다.

빛의 속도로 이해하는 시간과 공간 그리고 중력

저자는 이 책의 집필 목적을 이렇게 밝힌다.
"시간과 공간에 대한 우리의 생각과 우주에 대한 전반적인 지식에 아인슈타인의 공헌은 매우 중요해서 20세기의 위대한 업적들 2~3가지 중 한 자리를 쉽게 차지한다. 이 작은 책자는 대중적인 형식으로 이 업적을 설명한다. 하지만 아인슈타인의 업적은 뉴턴과 그의 후계자들의 업적에 너무나도 크게 의존하므로 앞부분 두 개의 장은 그들의 업적에 집중했다."(14쪽)
뉴턴의 중력법칙에서부터 상대성이론이 등장하기까지 200여 년의 시간이 흘렀다. 뉴턴의 등장 이전에도 수많은 과학자들은 우주를 더욱 명확하게 이해하기 위해 가설을 세우고, 실험하고 검증했다. 이 책은 수백년 동안 논의되어온 물질과 중력, 빛의 속도, 시간과 공간에 대한 주요한 연구 결과들이 어떻게 아인슈타인의 상대성이론으로 연결되는지를 일목요연하게 정리해 보여준다. 꼬리에 꼬리를 물고 이어지는 과학적 추론과정을 살펴보는 것으로 상대성이론을 자연스럽게 이해하도록 도와줄 새로운 상상도를 제시하고 있다.
이 책을 통해 우리는 두 과학자의 우주적 성찰이 결코 단절된 적이 없고, 폐기된 것도 없으며, 시대를 거쳐 이어져 왔음을 이해할 수 있다.

서문… 14

제1장 뉴턴… 17
제2장 에테르와 그 결과들… 43
제3장 아인슈타인… 59

부록 1: 시간, 공간, 그리고 중력_알베르트 아인슈타인… 101
부록 2: 아인슈타인의 중력의 법칙_ J. S. 에임스… 111
부록 3: 중력에 의한 빛의 굴절과 아인슈타인의 상대성이론
_프랭크 다이슨/ A. S. 에딩턴/ J. J. 톰슨… 143

벤자민 해로우 (Benjamin Harrow 1888~1970)

미국의 생화학자, 과학저술가. 영국에서 태어나 대학을 졸업한 후 1907년에 미국으로 이주했다. 1913년 컬럼비아 대학에서 화학 박사학위를 취득했으며, 뉴욕시에 있는 포드햄 대학의 의과대학(1913-1914), 컬럼비아대학 의과대학의 생리화학과(1914-1928), 뉴욕대학 화학과의 교수로 재직했다(1939~1944). 1947년에 영국왕립학회 회원으로 선출되었으며, 미국 화학협회와 미국 과학진흥협회에서 활동했다. 화학의 역사에 관한 대중해설서를 여러 권 집필했으며, 《유기화학 입문》은 화학과 학생들을 위한 뛰어난 입문서로 널리 활용되고 있다.
저서로는 《우리 시대의 탁월한 화학자들》(1920), 《현재의 과학》(1921), 《비타민, 필수적인 영양요소》(1922), 《생화학 교과서》(1938) 등이 있다