우주와 아인슈타인 박사

인식의 한계 너머 우주의 신비를 말하다!

뉴턴의 상대성원리가 인간이 체감할 수 있었던 범위에서 자연의 원리를 설명했다면, 아인슈타인은 사유의 폭을 인간 인식 범위 너머에서 있는 자연의 신비 영역까지 넓혔다. 그가 인식과 사고의 범위를 넓힐 수 있었던 배경은 무엇이었을까? 아인슈타인은 당시에 당연하게 받아들여졌던 선배 철학자들과 과학자들의 사상과 이론을 끊임없이 의심하고 검증해 받아들였지 그대로 수용하지 않았기 때문에 가능한 일이었다.



아인슈타인은 시간과 공간도 색깔이나 냄새처럼 사고나 증명 없이 받아들이는 인식 범위 안에서 정의되고 존재할 뿐 객관적 실체가 없다고 결론을 내렸다. 이러한 아인슈타인의 철학적 접근과 증명의 결과는 현대 과학에 큰 영향을 끼쳤다. 철학자들이 인간의 지각을 통해 객관적 실체를 표현하는 과정에서, 실제로 존재하는 복잡한 현상을 단순하게 축소한다는 문제도 드러났고, 과학자들 역시 인간의 감각에는 자신들을 당혹스럽게 하는 한계점이 있음을 알게 됐다.



이 책에는 고대 이래로 자연을 설명하기 위해 나왔던 수많은 물리학의 법칙과 이론들이 등장한다. 하지만 복잡한 수식이 아닌, 일상의 쉬운 예로서 소개하기 때문에 어렵지 않게 이해할 수 있다. 특히 아인슈타인의 인식론적 우주관과 종교관까지도 엿볼 수 있어 상대성이론은 단순히 자연법칙이 아니라 인식의 변혁을 가져오는 사고체계라는 말을 이해할 수 있게 된다.

인문학으로서 상대성이론, 과학과 철학의 콜라보

그러면서도 저자는 현대 물리학의 한계를 지적하고 있다. "인간이 감각이 불완전하기 때문에 그 한계 너머로 무엇이 있는지를 알아보기 위해 수학적 기호체계를 사용하고 있다. 하지만 수학적 접근을 주로 한 나머지 그 실체와 과학의 간극을 더 넓혀 놓고 말았다"고 아이러니한 현상을 우려한다.



아인슈타인의 발견이 바꿔 놓은 인식의 변혁은 무엇일까? 박문호의 자연과학세상(박자세) 회원으로 활동하는 엑셈의 조종암 대표는 "기계적 원리로 자연 현상을 이해했던 뉴턴의 이론과는 달리 상대성이론이나 양자역학으로 들어가면, 우주는 기계적이지 않다는 것을 알기 때문에 철학이 된다"며, "아인슈타인의 상대성이론과 양자역학은 단순 물리학 이론이 아니라 세계를 어떻게 바라보느냐 하는 관점이 투영된 세계관"이라고 말한다. 따라서 현대의 인문학은 상대성이론 등 자연과학적 접근방법까지 통합해서 접근할 수 있어야 함을 강조했다.

아인슈타인의 추천사

지은이의 글



1장 우주의 실체를 향한 인간의 도전

질서 있는 우주와 인간의 무관심 | 대우주와 소우주를 잇는 다리 | 우주의 다양성을 한 이론으로 설명 | '왜'에서 '어떻게'로 이동한 과학의 쟁점



2장 보이는 것과 실체 사이의 간격

양자론과 상대성이론의 출현 | 경험과 인지의 세계로부터 멀어진 물리학 | 객관적 실체가 없는 시간과 공간 | 빛나지 않는 빛 | 인식을 꿰뚫는 신비로운 질서



3장 양자론과 광전효과

복사에너지, 불연속 양자의 공간이동 | 광전효과로 양자이론의 가치 증명 | 파동인가 입자인가! 빛의 이중성 | 우주의 기본 단위, 전자 | 확률파와 파립자의 세계



4장 양자역학과 불확정성원리

불확정성, 자연의 궁극적 장벽 | 흔들린 인과론과 결정론 | 신은 주사위 놀이를 하지 않는다 | 미시세계에서 텅 빈 공간과 시간의 세계로



5장 뉴턴과 갈릴레오의 상대성원리

위치와 운동의 상대성 | 뉴턴 상대성원리의 철학적 의의 | 에테르와 뉴턴 우주론에 대한 도전 | 방향에 관계없이 빛의 속도는 일정



6장 특수상대성이론과 광속불변원리

자연법칙, 등속운동하는 모든 계에 동일 | 시간의 감각도 인식의 한 형태 | 주관적 인식에서 객관적 개념으로 | 변환법칙과 빛 | 광속불변원리 | 속도합산원리의 오류와 동시성의 상대성 | 기준계마다 특정 시간이 있다



7장 고전물리학과 특수상대성이론

로렌츠 변환과 막대자의 수축 | 빛의 속도는 우주 최고의 제한속도 | 상식이란 18세 이전에 습득한 편견 덩어리 | 안 보이는 물질 입자의 전혀 다른 행태



8장 질량이 곧 에너지, E=mc2

물체가 작아지면서 무거워질 수 있을까? | 에너지도 질량을 갖는다 | 물질과 에너지의 상호변환 | 질량과 에너지의 실체 | 모든 운동계를 지배하는 신비한 힘



9장 일반상대성이론의 예비지식: 4차원 시공연속체

비행을 물리적 실체로 구체화하려면 | 시간과 공간은 뗄 수 없는 관계 | 수억 년 전 별빛이 내 눈앞에 | 우주적 장엄을 설명할 수 있는 조건



10장 일반상대성이론의 출발점: 관성과 중력

운동은 일종의 상대적인 상태 | 절대운동의 기준계로서 빈 공간 | 아인슈타인 이론의 발판은 뉴턴의 관성법칙 | 질량에 상관없이 같은 속도로 낙하



11장 중력과 관성의 등가원리

공간의 개념에는 위아래가 없다 | 중력은 힘이 아닌 물체의 경로 | 중력장이라는 물리적 실체| 구조법칙과 운동법칙 | 빛에 미치는 중력의 효과 예측



12장 일반 상대성이론: 빛에 미치는 중력의 효과

질량을 갖고 중력장의 영향을 받는 빛 | '아인슈타인 효과'와 중력파



13장 일반상대성이론으로 본 우주의 모습

공간이라는 무한 바다를 떠도는 섬우주 | 지구의 곡률, 유클리드를 비웃다 | 유한하지만 경계가 없는 우주 | 구성물질에 의해 결정되는 곡률



14장 여전히 풀지 못한 우주의 기원

헝겊 붙인 풍선처럼 팽창하는 우주 | 태초의 우주 대폭발 | 최대 엔트로피 상태를 향하는 우주 | 증명하지 못한 '맥동하는 우주' | 암흑과 붕괴를 향하는 우주



15장 자연계의 힘과 법칙을 한데 묶는 통일장이론

상대성이론과 양자론을 잇는 다리, 통일장 | 중력과 전자기력을 실체로 표현 | 우주 전체는 하나의 기본장 | 보이지 않는 것에서 나온 보이는 것들



부록

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옮긴이의 글

감수자의 글

링컨 바넷 은 [뉴욕 헤럴드 트리뷴] 기자와 [라이프] 편집자를 거쳐 1946년부터 전업 작가로 활동하면서 [우주와 아인슈타인 박사], [우리가 사는 세계], [혀의 보물] 등 많은 저작물을 냈다. 쥘 베른의 동명소설을 영화화한 [잃어버린 세계를 찾아서 Journey to the center of the earth]의 시나리오 각색과 기술자문을 맡기도 했다. 저자가 세상을 떠났을 때 1979년 9월 9일자 [뉴욕타임즈]는 많은 지면을 할애하여 저자에 대해 소개했다. "천재 과학자 아인슈타인에 심취했던 링컨 바넷은 [우주와 아인슈타인 박사]를 몇 년에 걸쳐 준비해 내놨다. 이 책은 1948년 발간 이래 전 세계 28개 언어로 출간됐으며, 당시 100만 부 이상 판매된 과학 교양서 분야의 베스트셀러이자 고전이다."