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    알베르트 아인슈타인 상대성이론

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    알베르트 아인슈타인 상대성이론

    • 쿠르트 피셔 저
    • 박재현 역
    • Gbrain
    • 2013년 04월 05일
    • 정가
      15,000원
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    ISBN: 9788959792351 244쪽 153 x 210 (㎜)

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    출판사 리뷰

    출판사 서평
    초등수학만으로도 상대성이론을 이해할 수 있다?!
    물리학에서 꼭 알아야 할 특수상대성이론, 일반상대성이론을
    그림으로 쉽게 설명했다!!!
    엘리베이터, 콩, 시계 등 일상생활 속 물건을 통해 알아보?는 상대성이론!
    누구나 쉽게 이해 가능한 상대성이론을 만나보자!!
    『상대성이론』은 알베르트 아인슈타인이라는 천재가 물리학에 혁명을 일으킨 특수상대성이론, 일반상대성이론을 초등수학만으로도 충분히 이해할 수 있도록 설명해놓은 책이다. 『상대성이론』은 상대성이론의 방정식과 그 방정식들의 중요한 해 그리고 시간과 공간의 곡률을 나타내는 ...
    초등수학만으로도 상대성이론을 이해할 수 있다?!
    물리학에서 꼭 알아야 할 특수상대성이론, 일반상대성이론을
    그림으로 쉽게 설명했다!!!
    엘리베이터, 콩, 시계 등 일상생활 속 물건을 통해 알아보는 상대성이론!
    누구나 쉽게 이해 가능한 상대성이론을 만나보자!!
    『상대성이론』은 알베르트 아인슈타인이라는 천재가 물리학에 혁명을 일으킨 특수상대성이론, 일반상대성이론을 초등수학만으로도 충분히 이해할 수 있도록 설명해놓은 책이다. 『상대성이론』은 상대성이론의 방정식과 그 방정식들의 중요한 해 그리고 시간과 공간의 곡률을 나타내는 일반상대성이론인‘아인슈타인의 중력방정식’도 쉽게 풀어 설명한 만큼 중력이론을 가장 간단히 이해할 수 있을 것이다. 또한 수많은 ‘사고실험’을 통해 물리학자들이 어떻게 모델을 만들고 답을 찾아내는지를 설명해 흥미와 재미를 높였다!
    전공학생들을 가르치며 물리에서 꼭 알아야 할 상대성이론에 대해 누구나 쉽게 이해할 수 있는 방법을 찾던 저자는 누구나 알고 있는 사물과 그것을 이용한 예들을 통해 아인슈타인의 상대성이론을 그림으로 설명하고 있다. 때문에 학교 수업을 통해 배운 초등수학만으로도 상대성이론을 이해할 수 있도록 구성한 만큼 『상대성이론』은 그 어떤 책보다도 쉬운 것이 특징이다. 또한 『상대성이론』은 다음과 같이 구성되어 있어 좀더 중점적으로 이해하고자 하는 내용을 찾아 공부할 수 있는 것도 특징이다.
    특수상대성이론에 대해 설명한 제1장부터 제4장에는 빛과 물질, 공간, 시간의 관계를 명확히 이해하도록 했다.
    제1장에서는 기초적인 이야기에서 시작하여 물질과 에너지가 동일하다는 것까지 설명한다.
    제2장에서는 왜 시간과 길이가 상대적인지에 대하여 설명한다.
    제3장에서는 일상에서 흔히 볼 수 있는 전선이 상대성을 확인할 수 있는 실제 사례라는 것을 설명한다.
    제4장에서는 회전목마를 탈 때 학교에서 배운 기하학이 무용지물이 되는 이유에 대해 설명한다.
    제5장부터 제9장까지는 ‘중력’, 즉 일반상대성이론에 대해 설명했다.
    제5장에서는 지구의 ‘중력’이 우리를 끌어당기는 것이 아니라 시공간의 곡률에 의한 것임을 설명한다.
    제6장에서는 시공간의 곡률이 발생시키는 효과에 대해 자세히 설명한다.
    제7장에서는 널리 알려진 ‘아인슈타인의 중력방정식’의 의미와 그것이 왜 ‘가장 간단한’ 중력이론인지에 대해 설명한다.
    제8장에서는 아인슈타인의 중력방정식을 쉽게 푸는 방법을 설명한다.
    제9장에서는 이 해를 이용하여 일반상대성이론이 제기한 예측들을 소개한다. 예를 들면, 태양 부근을 지나는 빛은 어느 정도 휘는가, 블랙홀의 크기와 무게는 얼마나 되는가, 행성의 궤도는 왜 휘는가, 그리고 우주에는 ‘빅뱅’이 있고 우주의 미래는 불분명하다는 것에 대해 설명한다.
    10장에서는 결론을 내리고 11장에는 꼭 알아두어야 할 상대성이론과 관련된 공식 등을 소개하고 있다.
    때문에 어렵게만 느껴지던 상대성이론을 이 책에 소개된 수많은 예와 그림을 통해 쉽게 이해할 수 있을 것이다!

    저자 소개

    쿠르트 피셔

    (1965)
    • 구분 : 저서
    • 국적 : 독일
    • 분류 : 과학/공학 저자
    • 인기지수 : 88
    최근저서

    이학박사. 1965년 출생. 독일 출신. 아헨 공과대학 졸업. ETH 취리히 공과대학 석사과정 수료. 복합 시스템 막스플랑크 연구소, 도쿄 대학 대학원 공학계 연구실, 미쓰비시 종합연구소 첨단과학연구소 등에서 연구원으로 일했다. 현재 도쿠야마 공업고등전문학교 기계·전기공학 조교수로 물리와 수학을 가르치고 있다.

    곽영직

    (1952.03.18)
    • 구분 : 감수
    • 국적 : 대한민국
    • 분류 : 역사/종교학자 , 과학/공학 저자 , 아동/청소년 문학가 , 기타
    • 인기지수 : 2,887
    • 반디추천 : 2회선정
    최근저서

    서울대 물리학과와 미국 켄터키 대학원을 졸업했다. 1985년부터 수원대학교 물리학과 교수로 재직 중이며, 2006년부터 2011년까지 자연대학장, 2012년부터 2015년까지 대학원장을 역임했다. 저서로 《자연과학의 역사》《물리학의 세계》《물리학이 즐겁다》《교양 과학 고전》《양자역학으로 이해하는 원자의 세계》《열과 엔트로피》 등이 있으며, 역서로 《빅뱅 이전》《오리진》《즐거운 물리학》《천재들의 과학 노트 3물리학》《한권으로 끝내는 물리》《한 권으로 끝내는 과학》《손안의 인피니티》《한 권으로 끝내는 화학》《빅퀘스천 118 원소》《누구나 알아야 할 모든 것 발명품》《빅퀘스천 과학》《숫자로 끝내는 물리 100》등이 있다.

    역자 소개

    박재현

    (1971.00.00)
    • 국적 : 대한민국
    • 분류 : 문학가 , 인문/철학자 , 사회과학 저자 , 경제/경영/자기계발 저자 , 예술/취미 저자 , 과학/공학 저자 , 아동/청소년 문학가 , 건강/의학 저자 , 기타
    • 인기지수 : 5,033
    • 반디추천 : 1회선정
    최근저서

    상명대학교 일어일문학과를 졸업하고 일본으로 건너가 일본외국어전문학교 일한 통.번역학과를 졸업했다. 이후 일본도서 저작권 에이전트로 일했으며, 현재는 출판 기획 및 전문 번역가로 활동 중이다. 역서로 《니체의 말》, 《토요일은 회색 말》, 《아들러 심리학을 읽는 밤》, 《배움은 어리석을수록 좋다》, 《회오리바람 식당의 밤》, 《녹스머신》, 《흰 집의 살인》, 《움직이는 집의 살인》, 《긴 집의 살인》, 《토막난 시체의 밤》《고충증》 《울지 않는 새는 하늘에 빠진다》 등이 있다.

    책 속에서

     

    에너지
    어떤 종류의 에너지라도 물리세계에서는 손실되지 않고 다른 종류의 에너지로 변환할 수 있다는 사실은 이미 오래전부터 많은 실험을 통해 밝혀졌다. ‘에너지’라는 개념이 확립하기까지 100년이 넘는 세월이 걸렸다. 그런데 열, 전기, 자동차 주행은 왜 같은 에너지를 갖는 것일까? 물리학자들은 어떤 실험에서든 어떤 종류의 에너지도 다른 종류로 변환할 수 있고, 에너지 자체는 사라지지 않으며, 무에서는 아무것도 발생하지 않는다는 것을 발견했다.
    ‘줄joule’은 에너지를 표시하는 단위다. 1줄은 초속 1m로 운동하는 2㎏ 정도의 물질이 갖는 운동에너지다.
    1줄의 에너지는 여러 가지 다른 종류의 에너지로 변환할 수 있지만, 1줄의 에너지 자체는 그대로다. 이것은 실험 결과 얻은 것으로 이론적으로 증명할 수는 없지만 물리학적으로는 다음과 같이 정리할 수 있다.
    “에너지는 보존된다.”
    에너지의 종류는 변환할 수 있지만, 창조도 파괴도 할 수 없다.

     

    질량과 운동에너지
    콩이 가진 에너지는 어떻게 측정할 수 있을까? 콩이 나아가는 궤도에 벽을 설치한다. 콩이 벽에 충돌하면 그 파손 상태로 에너지를 산정할 수 있다. 벽에 뚫린 구멍이 크면 클수록 콩이 가지고 있던 운동에너지는 크다. 두 배로 강력한 로켓을 사용하면 구멍도 두 배로 커진다. 본래의 로켓이 콩을 광속의 99%까지 가속시켰다고 가정해보자. 그러나 두 배로 강력한 로켓으로도 콩을 광속의 99.9%밖에는 가속시킬 수 없다. 결과적으로 속도는 그다지 증가하지 않는다.
    콩의 운동에너지가 속도에 그다지 영향을 주지 않는다면 운동에너지는 콩 내부의 어디에 있는 것일까? 물체의 속력이 증가하면 물체의 질량도 점점 증가한다.
    바꿔 말하면, 물체는 어떤 종류의 에너지이든 많이 가질수록 더 큰 질량을 가지고 있다고 할 수 있다. 따라서 “질량 자체가 에너지의 한 종류일까?”라는 의문이 생긴다.
    그렇다면 정지해 있는 돌의 운동에너지는 어디에 있는 것일까?

     

    정지질량과 운동에너지
    여러 가지 종류의 에너지는 서로 변환할 수 있는데, 만일 질량 자체가 에너지의 한 종류라면 운동하지 않는 물체의 ‘정지질량’도 다른 종류의 에너지로 변환할 수 있을까? 지금까지 정지질량은 돌처럼 ‘꼼짝하지 않는’ 것으로 생각해왔다. 그러나 돌을 구성하는 전자나 양성자는 끊임없이 움직이고 있다. 이 입자들은 돌이 정지해 있어도 정지해 있지 않다.

     

     ‘같은 시각’이란?
    사고실험으로 시간과 길이의 관계를 좀 더 자세히 알아보자. ‘막대와 창고’라는 유명한 예제다. 얼핏 보기에 빛과는 전혀 상관없어 보이는 1개의 막대가 창고에 들어갈 수 있도록 줄어든다는 이야기다.
    먼저 막대를 창고에 넣는다. 막대는 창고보다 길다. 창고에는 전동식 문이 있는데, 왼쪽에는 앞문, 오른쪽에는 뒷문이 설치되어 있다. 우선 그림 2.7에서 움직이지 않는 막대가 창고보다 길다는 것을 확인하자.
    우리는 창고 한가운데에 서 있다. 그리고 어떤 사람이 일단 막대를 창고에서 밖으로 꺼냈다가 다시 빠른 속도로 왼쪽에서 오른쪽으로 창고 안을 통과한다. 2.4절에서 설명했듯이, 수축에 의해 창고에 대하여 막대가 충분히 빨리 움직이면 막대는 창고보다 짧아진다. 우리는 아주 적당한 타이밍에 왼쪽과 오른쪽 문이 ‘동시에’ 아주 짧은 시간 동안 닫혔다가 곧 열리도록 설정하였다. 그러면 그림 2.8과 같이 매우 짧은 시간 동안 막대는 완전히 창고에 들어간다.
    그런데 막대를 운반하는 사람은 무엇을 보는 것일까? 운반하는 사람에 대하여 창고는 오른쪽에서 왼쪽으로 움직이고 있다. 즉 창고는 좀 더 짧아졌다. 따라서 운반하는 사람에 대하여 막대는 창고에 들어갈 수 없어야 한다. 어째서 막대는 짧은 시간에 양쪽 문이 닫힌 창고에 들어갈 수 있을까?
    그것이 의미하는 바를 그림 2.9에 나타냈다. 막대를 운반하는 사람에 대하여 처음에 오른쪽 뒷문이 닫혔다가 곧 다시 열린다. 그런 다음 열려 있던 왼쪽 앞문이 닫혔다가 다시 열린다.
    문이 닫힐 때 문에 달려 있는 플래시램프가 1회 점멸한다고 가정해보자. 우리는 창고 한가운데에 서 있다. 양쪽 문에 달린 플래시램프에서 나온 빛은 우리를 향해 광속 c로 다가온다. 따라서 양쪽 문의 빛은 ‘동시에’ 우리에게 도달한다. 즉 우리가 볼 때 양쪽 문은 ‘동시에’ 닫힌다.
    막대를 운반하는 사람에 대해서도 양쪽 문에서 나온 빛은 같은 속도 c로 움직이는데, 운반하는 사람은 오른쪽 문을 향해 움직이고 있기 때문에 오른쪽 문에서 나오는 빛을 먼저 본다. 즉 오른쪽 문이 닫히는 것을 왼쪽 문이 닫히는 것보다 빨리 본다. 운반하는 사람에 대하여 오른쪽 문은 왼쪽 문보다 앞서 닫혔다가 열린다. 따라서 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.

    서로 다른 장소에서 사건이 일어날 때 ‘동시’ 또는 ‘시각’은 절대적인 것이 아니라 관측하는 시계의 상대속도에 따라 달라진다.

     

    목차

    목차
    제1장 빛, 물질과 에너지
    1.1 광선 14
    1.2 상대성이론의 제1법칙 등속직선운동에 절대적인 의미는 없다15
    1.3 빛의 속도 측정17
    1.4 상대성이론의 제2법칙 빛의 속도는 불변의 우주상수20
    1.5 빛보다 빠르다?21
    1.6 이론 vs 실제23
    1.7 질량과 관성 24
    1.8 관성과 무게 25
    1.9 에너지 26
    1.10 질량과 운동에너지28
    1.11 정지질량과 운동에너지29
    1) 내부운동의 운동에너지29
    2) 순수한 에너지 30
    1.12 순수한 에너지의 질량31
    1.13 질량과 에너지의 등가35
    1.14 정보에는 에너지가 필요하다36
    제2장 빛, 시간, 질량과 길이
    2.1 빛과 시간 40
    2.2 감마값 43
    2.3 누구의 시계가 느린가?47
    2.4 빛, 시간 그리고 길이48
    1) 속도가 향하는 방향의 길이48
    2) 속도가 향하는 방향과 그것에 대하 여 수직인 방향의 길이50
    2.5 ‘같은 시각’이란?51
    2.6 시간과 물질 54
    2.7 속도의 가법 57
    제3장 빛, 전자와 전기
    3.1 전하와 속도 62
    3.2 전하와 자석 64
    3.3 전기장과 자기장66
    3.4 전류에 발생하는 자기장68
    1)패러데이 역설 70
    2)상대성이론이 해당하지 않으면 인력은 없다71
    3)상대성이론이 해당하면 인력이 있다 72
    제4장 가속과 관성질량
    4.0 가속의 도입 76
    4.1 회전운동: 쌍둥이 역설 177
    4.2 회전운동: 유클리드 기하학은 아니다 79
    4.3 직선운동 82
    4.4 고유시간과 관성: 쌍둥이 역설 2 85
    제5장 관성과 중력
    5.0 관성과 무게의 관계90
    5.1 중력은 힘이 아니다93
    5.2 중력이 시공간을 굴절시킨다97
    1) 곡면 98
    2) 휘어진 시공간100
    5.3 시공간의 곡률 계산103
    제6장 등가원리
    6.1 중력과 시간 110
    6.2 휘어진 시공간 속의 고유시간: 쌍둥이 역설3113
    6.3 휘어진 시공간에서의 직선운동116
    6.4 완전 구의 중력의 영향을 받는 길이118
    6.5 완전 구 주위의 중력121
    6.6 중력을 받는 질량123
    6.7 중력을 받는 빛124
    6.8 블랙홀의 간략한 소개127
    6.9 등가원리의 정리129
    제7장 질량의 중력 발생 방법
    7.1 고립되어 있는 구름의 중력132
    7.2 아인슈타인의 중력방정식135
    7.3 압력의 도입 136
    7.4 속도의 도입 139
    7.5 외부 질량의 도입141
    7.6 국소적인 시공간과 전체적인 시공간 142
    7.7 아인슈타인의 중력방정식 풀이법 144
    제8장 아인슈타인의 중력방정식을 푼다
    8.1 운동법칙을 일으키는 중력150
    8.2 완전 구 안의 중력152
    8.3 구형 공동의 평평한 시공간156
    8.4 완전 구 밖의 중력158
    8.5 슈바르츠실트 엄밀해161
    8.6 뉴턴의 중력법칙165
    제9장 일반상대성이론의 활용
    9.1 블랙홀 170
    9.2 빛의 굴절: 약한 중력 1173
    9.3 케플러의 법칙182
    9.4 행성의 궤도가 구부러진다: 약한 중력 2188
    9.5 블랙홀 부근의 강한 중력194
    9.6 중력파 198
    9.7 중력에너지는 어디에 있을까?201
    9.8 우주의 빅뱅 204
    1) 우주의 작은 구형 영역의 질량 206
    2) 우주 규모의 구형 영역의 질량 209
    9.9 진공에너지와 압력214
    제10장 결론
    10. 후기222
    제11장 부록
    11.1 중요한 수치226
    11.2 순수한 에너지 정리227
    11.3 작은 속도의 상대성231
    11.4 증가하는 질량의 속도가법 정리 233
    11.5 아인슈타인 중력방정식의 텐서 236
    찾아보기239

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