세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 특수상대성이론 : 갈릴레이의 고전역학에서 아인슈타인의 특수상대성이론까지

노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학

정완상 저자 지음

성림원북스 2023년 10월 30일 출간 종이책 : 2023년 07월 17일 출간

작품소개

책소개

문과생도 쉽게 이해할 수 있는 특수상대성이론 일대일 수업!
수학과 과학사로 풀어가는 노벨 과학상 수상 오리지널 논문 제대로 맛보기
그동안 양자역학과 상대성이론에 관한 책은 무수히 쏟아져 나왔다. 그런데 대부분 관련된 역사 이야기들 중심으로 쓰여 있다. 이제는 수식을 피하지 말고 천재 과학자의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며 이 시리즈가 기획되었다.
이 책에는 논문에 담긴 수식을 풀어가는 과정이 그대로 등장한다. 물론 어려운 내용도 있지만 고등학교 수준의 수학만 알면 이해할 수 있도록 친절하게 설명하였다. 학생과 정교수의 일대일 대화를 따라가다 보면 수식에 두려움이 있는 문과생도 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
이 책은 26세 청년 아인슈타인의 특수상대성이론 최초의 논문(1905년)에 초점을 맞추었다. 논문의 이해를 돕고자 첫 번째 만남에서 갈릴레이와 뉴턴 역학을 역사적으로 다루었고, 두 번째 만남에서는 광속을 측정한 사람들과 에테르를 믿었던 과학자들의 이야기를 하였다. 이를 통해 세 번째 만남에서 아인슈타인의 논문 1부를 강의하였다. 네 번째 만남에서 전자기학의 역사, 다섯 번째 만남에서 맥스웰 방정식 및 파동의 성질을 논의했다. 이를 토대로 여섯 번째 만남에서 논문 2부를 강의하였고 마침내 E=Mc² 공식에 도달한다. 책의 뒤쪽에는 논문 영문본을 실어 오리지널 논문에 대한 간접 체험을 할 수 있도록 하였다.
과학도를 꿈꾸는 학생, 양자역학과 상대성원리를 좀 더 알고 싶은 사람, 학생들에게 위대한 논문을 소개하려는 과학 선생님, 〈인터스텔라〉를 능가하는 SF 영화를 만들고 싶어 하는 영화 제작자나 웹툰 작가 등 과학에 관심을 가진 많은 사람들에게 이 시리즈를 소개한다. 이 시리즈 전20권에는 역대 노벨 물리학상 수상자들이 모두 등장한다.

[노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리즈](출간 예정 목록)
1권 : 아인슈타인(1921년 노벨 물리학상) - 특수상대성이론
2권 : 마리 퀴리(1903년 노벨 물리학상, 1911년 노벨 화학상) - 방사선과 원소
3권 : 플랑크(1918년 노벨 물리학상) - 양자혁명
4권 : 보어(1922년 노벨 물리학상) - 원자모형
5권 : 하이젠베르크(1932년 노벨 물리학상) - 불확정성원리
6권 : 아인슈타인(1921년 노벨 물리학상) - 브라운운동
7권 : 왓슨과 크릭(1962년 노벨 생리의학상) - DNA 구조
8권 : 디랙(1933년 노벨 물리학상) - 반입자
9권 : 찬드라세카르(1983년 노벨 물리학상) - 별의 물리학
10권 : 바딘(1972년 노벨 물리학상) - 반도체 물리학
11권 : 아인슈타인(1921년 노벨 물리학상) - 일반상대성이론
12권 : 유카와 히데키(1949년 노벨 물리학상) - 핵력
13권 : 폴링(1954년 노벨 화학상, 1962년 노벨 평화상) - 화학결합
14권 : 파인먼(1965년 노벨 물리학상) - 양자전기역학
15권 : 피블스(2019년 노벨 물리학상) - 우주팽창과 암흑물질
16권 : 글라우버(2005년 노벨 물리학상) - 양자광학
17권 : 홀데인(2016년 노벨 물리학상) - 양자물질
18권 : 하셀만(2021년 노벨 물리학상) - 기후 물리
19권 : 차일링거(2022년 노벨 물리학상) - 양자정보
20권 : 겔만(1969년 노벨 물리학상) - 쿼크모형

목차

추천사
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
드디어 시간이 움직이다! _호킹 박사 깜짝 인터뷰

첫 번째 만남│아인슈타인 이전의 물리학
아리스토텔레스의 운동론 _돌이 땅에 떨어지는 그럴듯한 이유
고전역학의 창시자 갈릴레이 _지루한 설교 덕분에 대단한 발견을!
갈릴레이, 속력을 정의하다 _두 물체의 빠르기는 어떻게 비교할까?
고전역학을 완성한 뉴턴 _거인의 어깨 위에서
미분과 적분의 발견 _한없이 가까워지고 무한히 잘게 나누기
미분으로 순간속도를 정의하다 _내 차의 속도는 얼마나 변했을까?
뉴턴의 세 가지 운동법칙 _지금처럼 쭈욱 가보자고!
갈릴레이의 상대성원리 _가로수가 뒤로 가는 것처럼 보이는 이유
일과 운동에너지 _물체를 움직이는 힘에 대하여

두 번째 만남│영웅 아인슈타인의 등장
빛의 속력을 측정한 과학자들 _너는 너무나 빨라!
에테르 논쟁 _잘은 모르지만 존재해야만(?) 한다
마이컬슨·몰리의 실험 _에테르를 찾아보자!
로런츠·피츠제럴드 수축 _잘못된 신념이 만들어 낸 억지 이론
마흐의 역학 비판 _시간이 먼저냐 운동이 먼저냐
아인슈타인의 학창 시절 _천재성을 꽃피운 환경의 중요성

세 번째 만남│논문 속으로 1부
특수상대성이론 논문의 개요 _혁명적인 두 가지 가설
테일러, 함수를 급수로 나타내다 _함수를 전개식으로 나타내는 마술
정지해 있는 막대기의 길이 재기 _빛으로 캐치볼을!
등속도 v로 움직이는 막대기의 길이 재기 _내가 보는 빛의 이동 거리는?
길이와 시간의 상대성 _너와 나의 시간은 다르다
아인슈타인의 속도 덧셈 _빛의 속도에서는 이 규칙을!

네 번째 만남│전기를 연구한 사람들
정전기로부터 시작된 전기 연구 _일상의 불편을 예사로 넘기지 않다
클라이스트와 레이던병 _전기를 모아 보자!
쿨롱의 법칙 _두 전하 사이의 법칙에 대하여
전지의 발명 _서로 다른 금속판 사이에 무슨 일이?
전기장 _전기력 게임을 할 준비가 되었다!
가우스의 법칙 _핵심으로 가는 어려운 길목
전위(전기퍼텐셜) _중력과 닮은 전기력의 성질

다섯 번째 만남│전기와 자기의 비밀
자기장 _거대한 자석, 지구
전류의 자기 작용 _전류가 흐르면 나침반이 움직인다?!
앙페르의 법칙 _전류와 전류 사이에 작용하는 힘
패러데이의 전자기 유도 법칙 _자석이 움직이면 무슨 일이 일어날까?
맥스웰 방정식 _전자기에 대한 완벽한 방정식
빛은 전자기 파동 _광속으로 움직이는 파동에 대하여
도플러 효과 _파동의 진동수를 다르게 느끼다

여섯 번째 만남│논문 속으로 2부
빈 공간에서 맥스웰 방정식의 상대성이론 _두 관찰자는 맥스웰 방정식을 어떻게 묘사할까?
상대론적 도플러 효과 _두 관찰자는 전자기파의 위상을 어떻게 볼까?
질량 에너지 관계식 E=Mc² _하이라이트 공식의 탄생

만남에 덧붙여
On the Electrodynamics of Moving Bodies _아인슈타인 논문 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 논문들
수식에 사용하는 그리스 문자
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다

작가정보

저자(글) 정완상 저자

과학에 대한 호기심으로 서울대학교 무기재료공학과에 다녔고, 물리를 향한 마음이 더욱 커져 한국과학기술원(KAIST)에서 이론물리학을 전공하며 석박사 학위를 받았다. 30세에 경상국립대학교 물리학과 교수가 되어 학생들에게 물리 사랑을 전파하고 있다. 초심을 잃지 않기 위해 꾸준히 연구하며 현재까지 국제 학술지(SCI 저널)에 300여 편의 논문을 게재했다. 직접 만나는 학생뿐만 아니라 더 많은 학생들에게 과학과 수학의 즐거움을 알려주고자 책을 통해 독자를 만나고 있다. [과학자가 들려주는 과학 이야기 시리즈] 중 《아인슈타인이 들려주는 상대성 이론 이야기》를 비롯한 31권과 [과학공화국 법정 시리즈] 50권을 집필했다. 최근에는 중학교에서도 통하는 초등수학을 카툰으로 그린 [개념 잡는 수학툰 시리즈]를 출간했고, 노벨상 오리지널 논문을 쉽게 풀어낸 [노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리즈]를 집필 중이다. 우리나라의 노벨 과학상 수상자가 쏟아져 나오기를 바라는 마음에서 네이버 카페 [정완상 교수의 노벨상-오리지널 논문 공부하기]를 운영하기 시작했다.