세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 일반상대성이론

노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학

정완상 저자 지음

성림원북스 2025년 10월 01일 출간 국내도서 : 2024년 11월 20일 출간

작품소개

책소개

〈노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학〉 시리즈 11번째. 시리즈 첫 권의 주제인 특수상대성이론에 이어 이 책에서는 아인슈타인의 일반상대성이론을 소개한다.
여기서는 일반상대성이론에 대한 세 가지 논문을 다루었다. 1913년 아인슈타인과 그로스만의 논문은 일반상대성이론에 관한 첫 시도였다. 하지만 이 과정에서 문제점을 느낀 아인슈타인은 1916년에 단독 논문으로 이론을 완성하고 아인슈타인 방정식을 발표한다. 같은 해에 슈바르츠실트는 아인슈타인 방정식을 최초로 풀어 블랙홀의 존재를 예언한다. 이들 논문을 청소년과 일반 독자를 위해 조금 쉽게 기술하였다.
서두는 펜로즈 박사와의 가상 인터뷰로 시작하여 책의 흐름을 개괄적으로 파악하도록 했다.
아인슈타인의 일반상대성이론을 이해하려면 먼저 리만 기하학을 알아야 한다. 그래서 이 책에서는 기하학의 역사부터 언급했다. 이어서 4차원 시공간 기하와 아인슈타인의 합 기호, 일반상대성이론의 기본 아이디어인 아인슈타인의 등가원리를 설명했다. 4장에서는 수식을 배제한 채로, 5장에서는 아인슈타인의 논문을 따라가면서 수식과 함께 아인슈타인 방정식을 설명하여 독자의 기호에 맞추고자 했다. 6장에서는 블랙홀, 웜홀에 관한 이야기로 이 책을 마무리했다.
부록에는 중심 논문 3가지의 영문본과 노벨 물리학상 수상자 목록을 실어 더 깊은 탐구와 이해를 도왔다.

목차

추천사
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
우주를 지배하는 방정식을 만들다 _펜로즈 박사 깜짝 인터뷰

첫 번째 만남 | 리만 기하학의 탄생
기하학의 역사 _파피루스의 기록과 유클리드 기하학
비유클리드 기하학 _평행선 가정의 부정으로 탄생한 새로운 기하학
가우스와 리만의 등장 _수학의 왕과 그 제자
곡률 개념의 탄생 _휘어진 정도
구좌표계 _3차원 공간을 나타내는 방법

두 번째 만남 | 4차원 시공간
아인슈타인의 학창 시절 _동반자 밀레바 마리치
특수상대성이론 _관찰자의 시간이 다르게 흐른다
4차원 시공간 _시간과 공간을 함께 묘사하는 새로운 기하학
아인슈타인의 새로운 규칙 _합의 기호 생략

세 번째 만남 | 아인슈타인의 등가원리
질량에 관하여 _관성질량과 중력질량
낙하 실험의 진실 _데소토와 스테빈
등가원리 _가속도와 중력장의 세기
중력 만들기 _무중력 상태와 새로운 중력장
1908~1915년의 아인슈타인 _강의와 연구 경력
등가원리와 빛의 휘어짐 _태양계에 적용하다

네 번째 만남 | 아인슈타인 방정식
마르셀 그로스만 _일반상대성이론 탄생의 조력자
일반상대성이론의 등장 _우주를 지배하는 완벽한 방정식
휘어지는 빛 관측 _일반상대성이론의 위대함을 알리다
중력에 의한 시간 지연 _중력이 큰 곳에서 시간이 느리게 흐른다
수성의 근일점 이동 _43초의 비밀을 풀다
중력렌즈 _은하가 커 보이는 현상
아인슈타인의 두 번째 사랑 _아내이자 비서였던 엘사
아인슈타인의 미국 생활 _나치의 박해를 피해서
힐베르트 _무한대와 무한 호텔

다섯 번째 만남 | 아인슈타인의 논문 속으로
뉴턴 역학에서의 가속하는 관찰자 _버스에 탄 사람이 보는 것은?
휘어진 시공간에서의 계량 _시공간의 휘어짐을 묘사하다
피어바인과 크리스토펠 기호 _새로운 기호의 도입
가속하는 관찰자의 운동방정식 _겉보기 가속도
공변미분 _새로운 미분의 정의
리만 텐서 _곡률에 비례하다
아인슈타인 방정식 _우주의 휘어진 정도를 고려하다

여섯 번째 만남 | 블랙홀
슈바르츠실트의 블랙홀 _아인슈타인 방정식의 일반해
뉴턴 역학에서의 블랙홀 _사건의 지평선에 숨겨진 비밀
블랙홀 물리학의 영웅들 _네 명의 물리학자
블랙홀 물리학 _특이점과 증발하는 블랙홀
웜홀 _시공간의 두 지점을 잇는 터널

만남에 덧붙여
Outline of a Generalized Theory of Relativity and of a Theory of Gravitation _아인슈타인-그로스만 논문 영문본
The Foundation of the General Theory of Relativity _아인슈타인 논문 영문본
On the Gravitational Field of a Mass Point according to Einstein’s Theory _슈바르츠실트 논문 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 논문들
수식에 사용하는 그리스 문자
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다

인물정보

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.