상대성 이론

초보자도 쉽게 이해하는 상대성 이론 입문서

뉴턴프레스 지음 | 강금희 옮김

아이뉴턴(뉴턴코리아) 2021년 01월 12일 출간 종이책 : 2020년 12월 15일 출간

작품소개

책소개

* 대한민국 과학 영재를 위한 새로운 학습서
* 방대한 중고등학교의 과학·수학을 미리 대비한다

최고의 과학 잡지 《Newton》의 노하우로
과학·수학의 원리를
핵심만 골라서
그림과 사진으로 설명한다 !!

초등학교 때와 달리, 중고등학교에서 배우는 과학과 수학은 그 양이 대단히 방대하며, 내용의 깊이 역시 초등학교 때와는 비교가 되지 않는다. 그래서 중고등학교 때의 학습 성과는 과학과 수학에서 성패가 좌우된다고 말한다. 하지만 단순한 암기나 반복 학습으로는 절대 해결되지 않는 분야가 바로 과학과 수학임은 우리 모두 잘 알고 있다.

과학과 수학의 학습 요점은 한마디로 ‘원리 이해’에 있다. 원리에 대한 이해가 탄탄하면 쉽게 흔들리지 않으며, 앞으로 마주칠 수많은 응용 상황에 자신 있게 대처할 수 있다. 그러나 원리에 대한 이해가 없어서 기초가 흔들리면, 자신이 알고 있는 것과 조금만 다른 내용이 제시되어도 갈피를 잡지 못하고 미로에서 길을 잃게 된다.

《뉴턴 라이트 시리즈》는 중고등학교에서 배우는 과학과 수학의 내용을 각 주제별로 나누어, 그 핵심 내용과 원리를 그림과 사진으로 이해시키는 새로운 학습서 시리즈이다. 2019년 6월 1일에 1차분 10권이 동시 발간되었으며, 각 주제별로 계속 발간되고 있다.

《뉴턴 라이트 시리즈》는 40년 동안 과학 잡지 《Newton》과 《뉴턴 하이라이트 시리즈》 및 각종 학습서를 발간해 온 노하우를 바탕으로 개발되었다. 과학·수학의 원리를 핵심만 골라서, 세계 최고 수준의 그림과 사진을 바탕으로, 전문가가 쉽고도 상세하게 설명해 주는 것이 최대 장점이다.
중고등학교 진학을 앞둔 학생들이 앞으로의 학습 내용을 미리 준비하는 데 안성맞춤의 안내자가 될 것이다.

목차

제1장 시간이란? 공간이란?
뉴턴이 생각한 ‘시간’과 ‘공간’ ………… 4
‘1초’는 어떻게 정해졌을까? ………… 6
현재의 정확한 ‘1초’란? ………… 8
‘1m’는 어떻게 정해졌을까? ………… 10
현재의 정확한 ‘1m’란? ………… 12

제2장 시간과 공간을 세트로 생각하자
시간과 공간은 비슷하다? 비슷하지 않다? ………… 14
‘3차원 공간’이란 무엇? ………… 16
시간은 몇 차원일까? ………… 18
시간과 공간을 하나의 그림으로 나타낼 수 있다? ………… 20

제3장 ‘특수 상대성 이론’이란 무엇?
시간과 공간 모두 늘어났다 줄었다 한다! ………… 22
시간과 공간은 함께 신축한다! ………… 24

제4장 빛의 속도는 변함없다!
자동차의 속도는 시속 몇 km? ………… 26
물체의 속도는 보는 입장에 따라 달라진다 ………… 28
빛을 빛의 속도로 뒤쫓으면……? ………… 30
빛의 속도는 보는 입장에 따라 달라지지 않는다 ………… 32
왜 빛의 속도는 달라지지 않을까 ………… 34
빛의 속도를 넘어서는 것은 가능? ………… 36

?쉬면서 하나 더!: 소리가 전해지려면 공기가 필요. 빛은? ………… 38

제5장 시간과 공간은 신축한다!
왜 신축한다고 할 수 있을까? ………… 40
신축은 속도에 따라 바뀐다 ………… 42
신축은 보는 입장에 따라 달라진다 ………… 44
시간의 느려짐을 이용해 우주여행! ………… 46
광속에 가까운 속도로 나아가면 풍경은 어떻게 보일까? ………… 48

제6장 ‘동시’란 무엇?
‘동시’의 상식이 바뀐다? ………… 50
무엇이 ‘동시’인지는 보는 입장에 따라 달라진다 ………… 52
먼 곳의 일은 미래의 일? ………… 54

제7장 ‘일반 상대성 이론’이란 무엇?
뉴턴이 생각한 ‘만유인력의 법칙’이란? ………… 56
중력의 정체란 무엇일까? ………… 58

제8장 직선과 곡선
‘곧바로’란? ‘휘어져 있다’란? ………… 60
빛은 왜 물속에서 구부려질까? ………… 62
휘어진 면에서의 ‘직선’이란? ………… 64

제9장 시간과 공간은 휘어진다!
어떻게 공간이 휘어진다고 알았던 것일까? ………… 66
‘중력 렌즈’로 천체가 보이는 방식이 일그러진다? ………… 68
중력이 강할수록 시간이 느려진다! ………… 70
블랙홀 가까이에서는 시간이 어떻게 될까? ………… 72
블랙홀 속은 무엇? ………… 74
블랙홀 표면의 우주선은 어떻게 되나? ………… 76
?쉬면서 하나 더!: 시간 여행은 가능할까? ………… 78

출판사 서평

‘우주선 같이 빠른 속도로 날아가는 물체에서는 시간의 흐름이 느려지고, 길이가 줄어든다. 태양처럼 크고 무거운 곳에서는 시간의 흐름이 느려지고, 빛이 직진하지 못하고 휘어진다.’

이러한 ‘상대성 이론’의 내용을 듣기만 해도 어렵다고 느끼는 사람도 있을 것이다. 그러나 그 원리를 그림으로 보면서 기본부터 차근차근 이해하면, 실은 그다지 어렵지 않은 내용이다.

이 책에서는 상대성 이론의 핵심 내용을 기본부터 알기 쉽게 설명한다. 모든 페이지에 있는 상세한 그림과 쉬운 설명은 상대성 이론의 원리를 누구나 깨달을 수 있게 해 준다. 아인슈타인의 보여 주는 놀라운 세계로 함께 들어가 보자.

‘뉴턴 라이트 시리즈’와 《상대성 이론》의 특징

● 내용의 핵심을 한눈에 보여 주는 세계 최고 수준의 일러스트레이션
과학·수학에서 가장 중요한 점은 원리를 이해하는 일이다. 그러나 과학·수학의 원리가 눈에 쉽게 보이지는 않는다. 여기서 최고의 과학 잡지 Newton의 노하우가 발휘된다. Newton이 제작한 세계 최고 수준의 일러스트레이션과 사진은 내용의 핵심과 원리를 한눈에 이해시켜 준다. 책의 모든 페이지에 컬러 일러스트레이션과 사진을 2분의 1 이상 배치함으로써, 모든 내용의 원리를 시각적으로 이해할 수 있도록 구성했다.

● 각 분야의 전문가가 쉽고도 자세하게 내용을 설명
모든 내용은 해당 분야를 전공하고 가르쳐 온 대학 교수 등의 전문가가 설명해 준다. 방대한 분량의 중고등학교 학습 내용에서 핵심만을 골라내고, 그것을 각 페이지의 일러스트레이션과 밀접하게 연관시켜 설명함으로써 주요 사항을 빠뜨리지 않고 모두 정리할 수 있도록 배려하였다.

● 자신이 원하는 내용만 집중 학습할 수 있도록 다양하게 주제를 구성
《뉴턴 라이트 시리즈》는 각 권이 64~80페이지로 구성되어 있다. 누구나 부담 없이 해당 주제를 공부할 수 있는 분량이다. 중고등학교에서 다루는 아주 다양한 내용 중에서 자신에게 필요한 주제만 골라서 학습할 수 있도록 구성했기 때문에, 각 개인에게 알맞은 ‘맞춤 학습’ 교재로 활용할 수 있다.

● 어려운 수식 없이 상대성 이론을 이해한다
80쪽의 내용 중 어려운 수식은 거의 없다. 청소년 독자가 상대성 이론을 이해하는 데는 수식이 중요한 것이 아니라, ‘상대성 이론의 기본 개념을 눈으로 보는 것’이 중요하기 때문이다. 초등학생도 알 수 있는 쉬운 내용의 본문, 전체 지면의 3분의 2에 배치된 정밀한 고급 일러스트레이션은 이 책만의 자랑이다.

● 독자의 이해도를 고려한 치밀한 내용 구성
청소년 독자가 특별한 사전 지식 없이도 상대성 이론을 이해하도록 한다는 것이 이 책의 목표이다. 그러기 위해서는 상대성 이론을 어떤 순서로 어떻게 설명해야 하는가? 여러 차례 상대성 이론을 다루었던 과학 잡지 〈Newton〉의 노하우가 이 부분에 스며 있다. 그간의 상대성 이론 기사를 본 독자들이 어려워했던 점을 고려해, 가장 이해하기 쉽도록 목차와 내용을 구성했다. 책의 순서대로 내용을 읽다가 보면, 상대성 이론의 핵심을 빠짐없이 이해할 수 있다.

● 상대성 이론과 연계된 풍부한 관련 지식 제공
상대성 이론을 이해하기 위해서는 여러 가지 배경 지식이 필요하다. 시간, 공간, 길이, 차원, 직선과 곡선, 시간 여행… 등등이다. 이 책에서는 상대성 이론을 본격적으로 설명하기에 앞서 배경 지식을 먼저 소개한다, 아울러 책의 적절한 곳에 배경 지식(쉬면서 하나 더!)을 배치함으로써 상대성 이론을 충분히 이해할 수 있도록 배려했다.

작가정보

저자(글) 뉴턴프레스

번역 강금희