우주를 지배하는 비밀스러운 힘

‘우주의 구조를 바꾸는데 내가 할 수 있는 일은 아무 것도 없다. 하지만 어쩌면 내 목소리를 높임으로써 사람들 간의 온정과 세계평화와 같은 대의를 이루는데 기여할 수 있을지도 모른다.’

20세기의 가장 뛰어난 과학자. 신이 세상을 창조하며 감추어둔 비밀을 찾아낸 과학자. 무서운 핵무기의 기본 원리를 발견한 사람. 우주의 미스터리 브랙홀에 대한 이론을 내놓은 과학자. 타임머신을 타고 떠나는 시간여행의 논란을 일으킨 과학자. 이쯤하면 우리는 바로 아인슈타인을 떠올립니다.

아인슈타인은 알렉산더 대왕처럼 인도 정복에 나서지도 않았고 나폴레옹처럼 전 유럽을 상대로 전쟁을 선포하지도 않았다. 브르노처럼 지동설을 주장하다가 화형 당하지도 않았고, 다윈처럼 생명의 진화과정을 살피기 위해 남아메리카, 남태평양, 오스트레일리아를 여행하지도 않았다. 그의 중요한 모험들은 실제 세계가 아니라 그의 머릿속에서 이루어졌다. 그는 사고 실험을 통해, 상대성 이론이라는 것을 만들어냈다. 그리고 그것을 통해, 세상을 바라보는 우리의 눈을 바꾸어놓았다. 그 결과 그는 지난 20세기 동안 가장 유명하고 영향력 있는 인물이 되었다.

그의 이론을 몰라도 그의 이름을 들어보지 않은 사람은 거의 없을 정도로 유명한 아인슈타인의 이론, 특수상대성원리를 다루고 있습니다.

우리는 이 책에서 그 비밀을 추적할 것입니다

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1905년 아인슈타인은 먼저 발표한 4개의 논문을 기반으로 우주의 신비한 질서를 찾아냈습니다. 10년간에 걸친 집요한 빛에 대한 고민이 결국 꽃을 피웠습니다. 이 꽃에서 무궁무진한 에너지와 같은 달콤한 열매와 원자폭탄과 같은 인간에게 쓰디쓴 고통을 주는 두 열매를 맺습니다.
아인슈타인에 의해 에너지는 질량이 될 수 있고, 또 결정적으로 질량은 에너지로 바뀔 수 있다는 것이 알려졌습니다.
그렇다면 에너지는 무엇이고, 질량은 또 무엇일까요? 빛의 속도와 시간은 이것들과 어떤 관계가 있는 것일까요?

아인슈타인의 위대한 스승들

처음 물질이 무엇으로 이루어졌는지에 관심을 가진 사람들은 그리스의 철학자들이었습니다. 그중 데모크리토스는 원자란 개념을 처음 세상에 내놓았습니다. 우리는 데모크리토스부터 아인슈타인의 위대한 발견에 이르기까지 역사속에서 과학의 숨은 이야기들을 찾아 떠날 것입니다. 갈릴레오 갈릴레이를 거쳐 아이작 뉴턴에 이르러 중력과 힘의 원리를 알게되고, 프랑스의 여성 과학자 에밀리 뒤 샤틀레가 정리한 기존의 속도와 힘의 관계를 이해할 것입니다. 또한 앙트완 라부아지에가 내놓은 질량보존의 법칙을 배우게됩니다.

그는 실험을 통해 이것을 증명했는데 지구는 외부와 에너지 교환을 하지 않는 닫힌계, 다시말해 완전히 밀폐된 공간이라면 모든 물질의 질량은 어떠한 변화를 거치더라도 감소하거나 증가하지 않고 언제나 동일하다는 것입니다.
아인슈타인은 이것에서 한 발 더 나아가 질량이 사라지면 그 양에 빛의 속도를 제곱한 만큼 에너지로 변할 수 있다는 토대를 만들었습니다.
그리고 마이클 페러데이는 에너지란 모양이 다를 뿐 하나라는 사실을 알아냅니다. 천둥과 번개를 만드는 힘, 바람을 불게 하는 힘, 따뜻하게 해주는 힘, 동물이나 식물이 자라게 하는 힘과 같이 다양한 형태로 존재하지만 이 모든 것이 에너지란 하나의 힘이란 것입니다.

선배 과학자들이 이루어낸 업적 위에 아인슈타인의 상대성 이론이 세상에 등장합니다.
그의 이론은 원자력 발전과 GPS 등 현대 과학의 많은 부분에 응용되었습니다. 하지만 인류를 불행으로 몰아넣은 무기도 만들어집니다. 리제 마이트너에 의헤 최초로 원자핵분열이 이루어지고, 원자폭탄의 아버지라는 오펜하이머에 의해 인류의 역사는 새로운 국면을 마주하게 됩니다. 아인슈타인은 이에 대해 다음과 같이 말합니다.

\"고삐 풀린 원자력은 우리의 사고방식을 지켜주는 모든 것을 바꾸어버렸다. 그 결과, 우리는 비할 바 없는 파국을 향해 표류해가고 있다.\"

[시리즈 소개]

《과학교과서》시리즈는 과학을 사랑하는 어린이를 위해 만들어졌습니다.

[지혜로 가는 징검다리] 사이언스주니어는 세상을 움직이는 비밀의 문으로 여러분을 초대할 것입니다. 그곳에서우리는 우리 선조부터 쌓아온 지식과 지혜의 힘을 만날 것입니다.

뉴턴은 자신이 이룩한 모든 것은 거인의 어깨 위에서 세상을 보았기 때문이라고 말했습니다.

지금은 우리 인간이 지구의 역사에서 가장 큰 거인이 되었지만, 이것은 모두 우리를 앞서 간 수 많은 사람들이 고정된 틀을 깨뜨리려는 노력들이 있었기 때문에 가능한 것이지요.
하지만 우리가 이렇게 거인으로 남아 있기 위해서는 많은 노력들이 더 필요합니다. 단순히 교과서의 지식만을 머리 속에 채워 넣고 우쭐대는 키만 큰 거인이 아닌 새로운 미래를 꿈꾸는 진정한 거인으로 성장해야 합니다. 그렇게 하기 위해 진정 필요한 것이 무엇인가를 찾는 것은 이제 각자의 몫입니다. 이 책은 그들이 찾고자 하는 것을 위한 최소한의 징검다리가 될 것입니다.

첫 번째 이야기 에너지, 세상을 지배하는 힘 - 아인슈타인과 페러데이
두 번째 이야기 물질의 세계, 그 비밀을 찾아서 - 질량보존의 법칙
세 번째 이야기 빛이란 과연 무엇일까? - 빛의 속도
네 번재 이야기 움직이는 물체의 가속도 - 속도와 에너지
다섯 번째 이야기 아인슈타인의 세계를 놀라게 한 1년 - 아인슈타인 이론의 출발
여섯 번째 이야기 아인슈타인과 핵의 숨겨진 비밀 - 미시세계 이야기
일곱 번째 이야기 핵분열과 새로운 미래 - 핵분열의 시작
여덟 번째 이야기 원자 속에서 찾아낸 힘 - 미래의 희망과 절망