청소년을 위한 교양 물리학: 일반 상대성 이론 개요

루미너리북스 교육출판 에디팅 팀 지음

루미너리북스 2025년 06월 21일 출간

작품소개

책소개

20세기 물리학의 가장 위대한 성취 중 하나인 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 우리가 살고 있는 우주에 대한 근본적인 이해를 완전히 바꾸어 놓았다. 시간과 공간이 절대적이고 변하지 않는다고 여겨졌던 뉴턴의 세계관에서 벗어나, 시공간이 물질과 에너지에 의해 휘어지고 왜곡되는 동적인 존재라는 혁명적 관점을 제시했다. 이 이론은 단순히 학문적 호기심을 만족시키는 추상적 개념이 아니라 GPS 위성의 정확한 작동부터 블랙홀의 존재, 우주의 팽창과 중력파의 발견까지 현대 과학기술과 우주 탐구의 모든 영역에서 핵심적인 역할을 하고 있다.

이 책은 19세기 말 뉴턴 물리학이 보여준 한계점들부터 출발하여 아인슈타인이 어떻게 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론을 완성해 나갔는지 그 발전 과정을 차근차근 따라간다. 중력을 힘이 아닌 시공간의 기하학적 성질로 이해하는 등가원리, 물질이 시공간을 휘게 만들고 휘어진 시공간이 물질의 운동을 결정한다는 아인슈타인 장 방정식, 블랙홀과 중력파 같은 극한적 현상들까지 복잡한 수학적 공식 없이도 직관적으로 이해할 수 있도록 구성되어 있다. 각 개념마다 엘리베이터 사고실험, 쌍둥이 역설, 지구 표면에서의 측지선 같은 구체적인 사례들을 통해 추상적인 이론을 생생하게 체험할 수 있다.

특히 이론물리학의 추상적 개념들이 현실 세계에서 어떻게 작동하는지 보여주는 실제 사례들이 풍부하게 담겨 있다. 하루에 38마이크로초씩 시간이 빨라지는 GPS 위성의 시계 보정, 2015년 LIGO가 포착한 중력파 신호, 2019년 사건 지평선 망원경이 촬영한 블랙홀의 실제 모습, 허블 우주망원경이 관측한 중력 렌즈 현상들은 상대성 이론이 더 이상 이론에만 머물지 않는 살아있는 과학임을 생생하게 보여준다. 또한 우주의 68퍼센트를 차지하는 암흑에너지의 수수께끼, 우주 팽창의 가속화 현상, 빅뱅 이론과 인플레이션 같은 현대 우주론의 핵심 주제들도 상대성 이론의 틀 안에서 명쾌하게 설명된다.

전체 27개 챕터는 뉴턴의 고전 물리학부터 현대의 양자중력 이론 연구까지 시대순으로 체계적으로 구성되어 있어 독자들이 물리학 발전의 거대한 흐름을 자연스럽게 파악할 수 있다. 복잡한 수식이나 전문 용어에 의존하지 않고 비유와 사례를 통해 핵심 개념들을 전달하기 때문에 물리학에 대한 사전 지식이 부족한 중학생들도 충분히 이해할 수 있으면서도, 동시에 현대 물리학의 최전선까지 다루고 있어 과학에 관심 있는 모든 독자들에게 유용한 안내서 역할을 한다. 이 책을 통해 독자들은 우주를 바라보는 완전히 새로운 관점을 얻게 될 것이다.

목차

1. 뉴턴의 중력 법칙과 그 한계
2. 특수 상대성 이론의 탄생
3. 시공간의 통합과 민코프스키 공간
4. 등가원리의 발견
5. 중력의 새로운 해석
6. 시공간의 곡률 개념
7. 측지선과 자연스러운 운동
8. 리만 기하학의 도입
9. 아인슈타인 장 방정식의 구성
10. 슈바르츠실드 해의 발견
11. 중력 시간 지연 효과
12. 중력 렌즈 효과
13. 블랙홀의 존재와 성질
14. 블랙홀의 열역학적 성질
15. 웜홀과 시공간 터널
16. 우주의 팽창과 허블 법칙
17. 빅뱅 이론과 우주의 역사
18. 인플레이션 이론
19. 암흑물질의 수수께끼
20. 암흑에너지와 가속 팽창
21. 중력파의 예측과 발견
22. LIGO와 중력파 천문학
23. GPS와 상대성 이론
24. 수성 근일점 이동 관측
25. 강한 장 체제에서의 검증
26. 현대 우주론의 표준 모델
27. 양자중력과 미래의 물리학

작가정보

저자(글) 루미너리북스 교육출판 에디팅 팀

루미너리북스 교육 출판 에디팅 팀은 전문 교육 콘텐츠 기획자와 편집자들로 구성되어, 학생들의 눈높이에 맞춘 양질의 교육 도서를 제작하는 데 전념하고 있다. 각 분야별 전문가들과의 긴밀한 협업을 통해 정확하고 이해하기 쉬운 교육 콘텐츠를 개발하며, 특히 고등학생을 위한 대학 과목 선행학습 시리즈와 같은 혁신적인 교육 도서를 기획하고 있다.