과학은 어렵지만 상대성 이론은 알고 싶어

알기 쉬운 설명으로 1시간 만에 이해하는

세상에서 가장 쉬운 '상대성 이론' 강의

《과학은 어렵지만 상대성 이론은 알고 싶어》는 수학과 물리를 학원 선생님처럼 알기 쉽게 설명하며 인기를 얻은 저자가 전작 《수학은 어렵지만 미적분은 알고 싶어》에 이어 출간한 책으로, 누구나 특수 상대성 이론의 원리를 1시간 만에 이해할 수 있도록 초보자의 질문에 알기 쉽게 답하는 구성으로 정리한 책이다.

'상대성 이론'은 20세기 초반 앨버트 아인슈타인이 발표한 매우 유명한 이론이지만 대중적으로 그 이름이 널리 알려진 것에 비해 실제 그 내용을 제대로 이해하고 있는 사람은 드문 이론이다. 저자는 전작과 마찬가지로 이 책 역시 물리나 수학에 대한 지식이 전혀 없는 일반인들을 대상으로 특수 상대성 이론의 기초를 짧은 시간에 파악할 수 있도록 1시간짜리 강의 분량에 맞춰 완성했다. 이 책을 찬찬히 읽다 보면 '이렇게 이해하기 쉬운 상대성 이론 설명은 지금까지 본 적이 없어!'라는 생각이 들면서 자신도 몰랐던 '이과 두뇌'가 눈을 뜨는 감동을 맛볼 수 있을 것이다.



'상대성 이론'은 왜 대단한 것일까?

19세기 이전 사람들은 아이작 뉴턴의 '뉴턴 역학'을 이용하면 물체의 운동을 거의 정확하게 예측할 수 있다고 생각했다. 그런데 1864년 '맥스웰 방정식'이 발표되면서 전자기학과 뉴턴 역학 사이에 서로 모순이 발생한다는 사실이 밝혀진다. 아인슈타인은 이 모순을 '빛의 속도'에 대한 완전히 새로운 견해를 주장하며 해결한다. 즉 "빛은 누가 보더라도 초속 30만 킬로미터라는 똑같은 속도로 관측된다"는 '광속 불변의 원리'를 바탕으로 빛의 속도가 기준이 되면 '시간과 공간'이 달라질 수 있다고 주장한 것이다. 시간과 공간을 구별해서 생각하는 경향이 있던 당시 사람들의 고정관념을 시간과 공간 개념을 하나로 합쳐서 생각하는 상대성 이론으로 깨뜨리자 우리가 살고 있는 세상의 '진짜 모습'을 공부할 수 있는 길이 열리게 된 것이다. 즉 상대성 이론은 '시간과 공간'에 대한 당시의 개념을 뒤엎는 혁신적인 이론이었다고 할 수 있다.



중학생 수준의 수학 실력으로

이해할 수 있는 '특수 상대성 이론'의 원리

상대성 이론은 '시간과 공간'을 주제로 한 '특수 상대성 이론'과 여기에 '중력'이라는 키워드를 추가한 '일반 상대성 이론'으로 나눠져 있다. 저자는 이 가운데 '특수 상대성 이론'은 중학생 수준의 수학 실력으로도 충분히 이해할 수 있다고 말한다. 그리고 '피타고라스의 정리'와 '거리와 시간과 속도'의 관계 같은 기초적인 수학 공식으로 '시간의 느려짐'과 '공간의 줄어듦', '질량과 에너지의 등가성' 같은 특수 상대성 이론의 원리를 누구나 이해할 수 있도록 알기 쉽게 설명한다. 우리는 저자의 설명을 통해 상대성 이론이 평소 우리가 주변에서 느끼고 있는 '시간'과 '공간'의 개념을 근본적으로 바꿔놓은 획기적인 이론이었다는 사실을 이해하면서 세상을 이루는 '모든 것은 상대적'이라는 사실을 깨닫게 된다.



인류가 이 세상을 좀 더 깊이 있게

이해할 수 있게 돕는 물리학의 세계

상대성 이론은 이미 우리 일상생활의 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 스마트폰이나 카 내비게이션에 사용되는 GPS가 그 좋은 사례이다. GPS는 자신이 지도의 어느 위치에 있는지 실시간으로 정확하게 가르쳐 주는데, 이는 상대성 이론의 '시간의 느려짐'을 고려해 설계한 장치이다. 또한 원자력 발전소의 원자로는 우라늄 같은 핵 원료를 방대한 에너지로 활용해서 발전하는 것인데, 이 원리의 근간에도 상대성 이론의 '질량과 에너지의 등가성'이 바탕이 되었다.

상대성 이론은 기존의 세계관을 근본부터 재검토하도록 만든 인류 역사상 가장 획기적인 이론이었다. 상대성 이론을 통해 현대 물리학을 이루는 기초가 만들어졌으며, 세상을 바라보는 인식의 지평을 넓히는 계기가 되기도 했다. 특수 상대성 이론의 원리를 쉽게 이해할 수 있는 이 책을 통해 시간과 공간의 개념과 우리가 살고 있는 세상의 신비로운 모습에 대해 더 깊이 생각할 수 있는 기회를 가질 수 있을 것이다.



|추천의 글|



"'상대성 이론'은 대중적으로 그 이름이 잘 알려진 것에 비해 여전히 이해하기 어려운 이론입니다. 그런 의미에서 이 책은 상대성 이론을 일반인의 시각에서 알기 쉽게 설명하고 있어 입문서로 적당하다고 생각합니다. 꼭 알아야 할 핵심을 단계적으로 간결하게 정리해놓았기 때문에 수포자 또는 문과형 인간이라도 '아하! 이것이 특수 상대성 이론이란 말이지' 하고 자신감을 가질 수 있을 것 같습니다." - 전국과학교사모임

감수의 글

머리말



[HOME ROOM 1] 왜 상대성 이론을 공부하는 것이 좋을까?

[HOME ROOM 2] '중학교 수학'만 알고 있으면 상대성 이론을 이해할 수 있다!

[HOME ROOM 3] 특수 상대성 이론의 세 가지 포인트

[HOME ROOM 4] 상대성 이론을 이해하면 세상을 이해하게 된다!

[HOME ROOM 5] 상대성 이론을 이해할 때 가장 중요한 것



제1장 '광속 불변의 원리'란 무엇일까?

[LESSON 1] 상대성 이론은 뭐가 그렇게 대단한 것일까?

[LESSON 2] '빛'의 '거대한 수수께끼'에 도전한 아인슈타인

[LESSON 3] '움직이는 것끼리'의 속도를 계산하는 방법

[LESSON 4] '관성계'란 무엇일까?

[LESSON 5] 빛은 '모든 관성계'에서 똑같은 속도로 보인다

[LESSON 6] 빛의 속도로 움직이면 '셀카'를 찍을 수 없다?

[LESSON 7] 특수 상대성 이론의 원리



제2장 '동시의 상대성'이란 무엇일까?

[LESSON 1] '시간'과 '거리'는 사실 '절대적'인 것이 아니다?

[LESSON 2] 왜 '시간'이 어긋나는 것일까?

[LESSON 3] '동시에 일어났'지만 '동시가 아니다'

[LESSON 4] 결국 '동시의 상대성'이란 무엇일까?



제3장 '시간의 느려짐'이란 무엇일까?

[LESSON 1] 우리는 저마다 다른 '시간축'을 가지고 있다?

[LESSON 2] 결국 '시간의 느려짐'이란 무엇일까?



제4장 '공간의 줄어듦'이란 무엇일까?

[LESSON 1] 상대성 이론에서 '공간'은 어떻게 될까?

[LESSON 2] 결국 '공간의 줄어듦'이란 무엇일까?



제5장 '질량과 에너지의 등가성'이란 무엇일까?

[LESSON 1] '질량 보존의 법칙'은 사실 틀렸다?



특별 수업 - 시공도(時空圖)를 이용해 상대성 이론을 이해한다

[시공도 1] '시공도'란 무엇인가?

[시공도 2] 관성계에 따라 시공도가 달라진다

[시공도 3] 두 개의 시공도를 합쳐서 생각해 보자



후기

요비노리 다쿠미 교육 분야 유튜버. 도쿄대학교 대학원을 졸업했다. 학창 시절에는 이론 물리학을 전공했으며, 학부에서는 '물리화학', 대학원에서는 '생물물리'를 연구했다. 대학원 박사과정에 진학하면서 6년 동안 계속했던 학원 강사를 그만둔 뒤, 수학을 보급하기 위한 활동의 일환으로 유튜브 채널 〈학원 분위기로 배우는 대학교 수학·물리〉를 개설했다. 현재 채널 구독자 수는 24만 명을 돌파했으며, 여러 대학에서 강의 동영상을 수업의 참고 자료로 학생들에게 소개하고 있다. 2018년 가을부터 시작된 AbemaTV의 도쿄대학교 합격 프로젝트 방송 〈드래곤 호리에〉에서 '수학의 마술사'라는 별명의 수학 강사로 출연해 화제를 모았다. 현재는 교육 분야 유튜버로 활동하면서 버라이어티 방송을 비롯한 각종 이벤트·기획에도 출연 중이다. 저서로는 《수학은 어렵지만 미적분은 알고 싶어》(이지호 옮김, 한스미디어), 《학원 분위기로 배우는 대학 수학》이 있다.