그림으로 보는 상대성 이론과 양자역학

▣ 출판사서평

상대성 이론과 양자역학은 20세기 물리학을 떠받치는 양대 기둥이라고 할 수 있으며, 단지 물리학에 그치지 않고 근대 과학의 토대를 이루고 있다. 그런 면에서 오늘날 우리가 세계를 보는 관점, 즉 과학적 세계관이기도 하다. 그러나 상대성 이론과 양자역학의 세계관은 우리에게 익숙한 뉴턴주의적 관점으로는 쉽게 이해하기 힘들다. 가령 어떤 물체가 광속에 가까운 속력으로 움직이면, 시간이 느려지고 질량이 무한대에 가깝게 커진다는 상대성 이론의 예측이나, 절반은 죽어 있고 절반은 살아 있다는 ‘슈뢰딩거의 고양이’ 역설이 그런 예에 해당한다. 이런 가설들은 수많은 SF 소설이나 영화의 소재가 되었고, 마치 있을 법하지 않은 세상의 이야기인 것도 같다.
그러나 그것은 상대성 이론이나 양자역학이 괴이한 이론이기 때문이 아니라 우리가 자신이 살고 있는 거시세계의 물리적 특성에 너무 익숙해 있기 때문이다. 상대성 이론과 양자역학이 등장하기 전까지 물리세계의 작동방식을 훌륭하게 설명했던 뉴턴의 물리법칙은 우리의 직관에 잘 부합하는 것처럼 보인다. 그러나 우리를 둘러싼 광대한 우주는 인간의 제한된 감각이나 인식 능력으로 파악하기에는 너무 넓고 복잡하다. 뉴턴적 세계관을 기반으로 한 우리의 직관은 틀린 것이 아니라 국소적(local)인 것이다. 가령 뉴턴은 시간과 공간을 서로 분리되어 있고, 인간의 활동이 그 위에서 이루어지는 절대 시간과 공간으로 보았지만, 아인슈타인은 시간과 공간이 절대적이지 않고 분리될 수 없는 시공 연속체이며 인간 역시 분리될 수 없다는 것을 보여주었다.
2007년 미국 물리학교사협회로부터 우수 대학교수상을 수상한 저자, 스티븐 L. 맨리는 단순히 상대성 이론과 양자역학의 입문서를 넘어, 바로 원점으로 되돌아가서 과학이란 무엇인가라는 이야기로부터 시작한다. 과학은 종교와 예술과 어떻게 다른가, 그리고 어떤 수단으로 진전되어왔는가를 최초로 쉽게 설명한다. 맨리는 계속해서 과학사를 돌아보고, 천동설에서부터 지동설로의 이행을 설명한다. 그런 다음, 상대성 이론과 양자역학이 태어났을 때, 과학은 어떤 문제를 가지고 있었는지, 그리고 그 문제를 해결한 과학자들은 어떤 새로운 아이디어를 사용했는지를 소개한다. 이 자연스런 흐름 속에서 상대성 이론에서 도출된 공간과 시간의 등가성이나 양자역학의 불확정성 원리 등 여러 이론들의 주요한 생각도 이해하기 쉽게 설명된다. “과학이란 무엇인가”로부터 상대성 이론, 양자역학의 중요한 귀결까지를 독특한 만화 캐릭터들의 대화로 소개하기 때문에, 독자들도 책을 읽는 동안 자연스럽게 상대성 이론과 양자역학의 기본적인 생각을 익힐 수 있을 것이다. 이 책은 흥미로운 등장인물들과 재미있는 설정을 기반으로 어렵고 낯설게 생각했던 상대성 이론과 양자역학의 다양한 주제들을 다루고 있다. 또한 과학자와 과학이라는 활동이 가지는 특성에 대해서도 좋은 안내자 역할을 하고 있다.

▣ 작가 소개

글 : 스티븐 L. 맨리
파이퍼 칼리지를 졸업하고 컬럼비아 대학교에서 고에너지 물리학으로 박사학위를 받았다. 그는 예일 대학교에서 교수로 재직하다가 로체스터 대학교로 옮겼고, 현재 그곳에서 물리학 개론 연속 강좌를 개설해서 학생들을 고문하고 있다. 맨리 교수는 전 세계를 누비며 고에너지 입자가속기로 실험을 하면서 물질의 구조와 자연력을 연구했다. 그는 미국 물리교사협회가 수여한 2007년 우수 대학교수상을 받았다.

그림 : 스티븐 포니어
매사추세츠에서 나고 자랐다. 그는 보스턴을 휘젓고 다니며 술을 마셔댄 10년 동안 매사추세츠 미술 디자인 칼리지에서 일러스트레이션과 애니메이션 학사(BFA) 학위를 받고, 친구들과 음악을 연주하고, 주방장급의 요리 실력도 쌓았다. 현재 그가 하는 일에는 (물론 전업은 아니지만) 문신 예술가가 되기 위한 실습, 만화 동인지 제작, 자면서 그림 그리기 훈련, 기타로 컨트리 송 명곡 연주하기 등이다. 현재 그는 자신의 머리와 매사추세츠 주 우스터 사이 어딘가에 살고 있다. 그에 대해서 궁금하면 아래의 사이트에 들어가보라.

역자 : 김동광
고려대학교 강사. 과학사회학을 공부했으며, 과학에 대한 글을 쓰고 번역하고 있다. 옮긴 책으로는 『호두껍질 속의 우주』, 『그림으로 보는 시간의 역사』, 『블랙홀과 아기 우주』, 『거인들의 어깨 위에 서서』 등 여러 권이 있다.

▣ 주요 목차

1 과학과 인간의 편향
2 쇼핑에서 살아남기
3 신기한 자연의 리얼리티 쇼
4 교수, 얼간이들이 마음대로 하도록 풀어주다
5 상대적으로 말하기
6 시공의 휘어진 조직을 서핑하기
7 상대성 이론과 빛
8 양자역학과 빛
9 물질이란 무엇인가?
10 불가사의한 양자역학
11 기묘한 양자역학, 우주를 만나다

더 알고 싶은 사람들에게
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