NEWTON HIGHLIGHT 시간여행과 상대성 이론

▣ 작가 소개

1. 출간 의의

시간 여행은 가능하다?

자동차를 개조하여 만든 타임머신을 타고 과거와 미래를 오갈 수 있다는 내용의 영화가 있다. 또 자신의 방에 있는 책상 서랍에서 타임머신을 탈 수 있다고 설정한 만화 등도 세계적으로 널리 알려져 있다. 뿐만 아니라 외국의 인터넷 경매 사이트에서는 ‘타임머신(실물)’이 1000조 원의 가격에 출품된 적도 있다.
이렇듯 타임머신과 시간 여행은 옛날부터 사람들의 상상력과 호기심을 자극해 왔다. 그러면 과학적인 입장에서 시간 여행과 타임머신을 검토하면 어떻게 될까? 과연 우리는 과거나 미래의 세계로 갈 수 있을까? 시간 여행이 가능하다고 주장하는 과학자들도 있다. 그러나 과거나 미래 여행이 가능하다면, 왜 우리는 과거나 미래의 세계에서 온 사람들을 만날 수 없는가? 또 과거로 갈 수 있다면 지난 역사를 바꿀 수도 있다는 뜻인데 그러면 현실 세계와 모순이 생기지 않는가 등등의 다양한 반론도 있다. 하지만 과학자들은 이러한 의문에 대해서도 나름대로의 ‘해결책’을 제시한다.
이 책 <시간 여행과 상대성 이론>은 시간 여행과 타임머신, 이와 밀접한 관계를 가진 상대성 이론으로 보는 시공(時空) 등, 시간 여행의 핵심을 정밀한 일러스트레이션을 바탕으로 설명한다.
Part 1에서는 과학자가 생각하는 시간 여행과 타임머신에 대해 상세하게 살펴본다. 과거와 미래의 세계로 갈 수 있다는 주장의 핵심은 무엇인지를 알아보고, 그 핵심 학자인 킵 손과 리처드 고트의 인터뷰도 소개한다.
Part 2에서는 과학자가 생각하는 ‘시간’에 대해 설명한다. 시간은 과거에서 미래로 흐르며 되돌아가는 경우는 없다. 그런데 물리학의 세계에서는 시간의 이러한 성질도 당연한 것은 아니었다고 한다. 시간이란 과연 무엇일까?
Part 3의 주제는 상대성 이론이다. 시간 여행의 열쇠를 쥐고 있는 것이 상대성 이론이기 때문이다. 광속에 가깝게 운동하는 물체, 강력한 중력의 토대에서는 시공이 휘어지고 시간의 흐름이 느려지면서 시간 여행이 실현될 가능성이 생긴다.
Part 4에서는 시간의 기초가 되는 역법(曆法), 과학이 말하는 1초, 차세대의 광격자 시계 등 시간의 바탕을 이루는 개념을 두루 정리한다.
시간 여행과 타임머신, 시간과 공간, 상대성 이론과 역법 등에 대해 과학적으로 총정리한 이 책을 통해 현대 과학의 첨단 분야 중 하나를 상세히 이해하게 될 것이다.

2. 특장

● SF의 단골 소재 ― 시간 여행과 타임머신을 최신 과학으로 설명하면?
시간 여행은 가능한가? 가능하다면 당신은 미래와 과거 중 어디로 가겠는가? 오랜 옛날부터 사람들이 꿈꾸어 왔던 일 중의 하나이다. 이것을 공상이 아니라 과학의 이론으로 정립시키려는 과학자들이 있다. 그들은 과거와 미래로 가는 것 모두가 가능하다고 한다. 그러면 그 방법은 무엇이며 현실적인 난점은 무엇인지를 상세히 설명한다.

● 시간을 되돌릴 수 있는가? 무한히 흐르는 시간의 시작과 끝은?
시간이 무엇인지는 누구나 다 알고 있다. 그러나 시간의 정체를 설명하기는 대단히 어렵다. 시간은 언제 시작되었는가? 시간은 왜 미래로만 흐르는가? 시간에 끝이 있을까? 시간과 엔트로피의 관계는? 우주가 시작되기 전에는 무엇이 있었는가? 쉽게 대답할 수 없는 과학적 의문에 대해, 물리학자들이 생각하는 시간의 개념을 명쾌하게 정리한다.

● 상대성 이론의 관점에서 설명하는 시간과 공간, 블랙홀과 웜홀은?
시간 여행을 설명하려면 시간과 공간이 무엇인지 알아야 한다. 그리고 시간과 공간이 무엇인지 알기 위해서는 상대성 이론을 알아야 한다. 또 하나, 시간 여행을 가능토록 하는 데 반드시 필요한 개념의 하나가 블랙홀과 웜홀이다. 상대성 이론의 내용 중, 시간 여행에 관련된 개념만을 골라서 일목요연하게 설명해 준다.

● 역법(曆法)과 시간, 과학이 말하는 1초, 차세대의 광격자 시계란?
시간을 우리 실생활에 맞추어 정리한 것이 역법이라고 할 수 있다. 그러나 시간의 흐름(자연 현상)과 100% 일치하는 역법은 없다. 인류가 사용해 오던 역법의 종류와 문제점, 그것의 보정 방법, 현재 우리가 사용하고 있는 역법과 표준시의 개념 등을 두루 알아본다. 아울러 시간 단위의 기본이라고 할 수 있는 1초의 의미와 그것을 측정하는 방법, 차세대의 정밀 시계 등도 상세히 설명한다.

● 매월 한 권씩 발간되는 ‘뉴턴 하이라이트 시리즈’
뉴턴 하이라이트 시리즈는 과학 잡지 의 기사 중에서 특히 독자의 호평을 받은 기사만을 골라 테마별로 재구성한 과학 단행본 시리즈이다. 물리·화학·생물·지구과학·수학·과학기술 등 다양한 분야에 걸쳐, 정밀한 고급 그래픽과 전문가들의 쉽고도 자세한 해설로 구성해 한 달에 한 권씩 발간되고 있다. <상대성 이론> <양자론> <인체-21세기 해부학> <주기율표> <뇌와 마음의 구조> <미분과 적분> <신기한 수학의 세계> 등 많은 자매편들도 절찬리에 판매되고 있다.

▣ 주요 목차

Part 1 시간 여행은 가능할까?

1. 과학으로 보는 시간 여행
시간 여행의 이미지 / 연구의 역사 / 미래의 시간 여행 / 상대성 원리 / 광속도 불변의 원리 / 상대성 원리 + 광속도 불변의 원리 / 광속의 벽 / 블랙홀의 이용 / 독특한 타임머신 / 과거로 가는 시간 여행 / 과거를 바꿀 수 없는가? / 과거를 바꿀 수 있는가? / 웜홀 / 이그조틱 물질 / 웜홀의 이용

2. 시간 여행 이론
특별 인터뷰 1 킵 손
과거로 가는 여행이 가능한지는 ‘양자 중력 이론’의 완성과 관계되어 있다

3. 타임머신 입문
상대성 이론과 시간 여행 / 동시의 상대성 / 시간의 느려짐 / 웜홀 / 웜홀을 이용한 시간 여행 / 우주끈 / 우주끈을 이용한 시간 여행 / 시간 여행의 가능성 / 시간의 ‘끝’ / 시공의 최소 단위

4. 시간 여행 이론
특별 인터뷰 2 리처드 고트
시간 여행으로 타이타닉호를 구할 수 있을까?

Part 2 ‘시간’이란 무엇일까?

아리스토텔레스의 의문 / 고대의 ‘시계’ / 진자시계 / 시계의 진화 / 뉴턴의 ‘절대 시간’ / 아인슈타인의 상대성 이론 / 시간이 흐르는 방향 / 에딩턴의 ‘시간의 화살’ / 볼츠만의 ‘엔트로피’ / 엔트로피 증대의 법칙 ①~② / 시간의 시작 / 시간의 최소 단위 / 물리학자들이 생각하는 ‘시간’ / ‘시간’이란 무엇인가?

특별 인터뷰 3 리 스몰린
물리학은 신간의 정체를 파악하지 못하고 있다

Part 3 상대성 이론으로 보는 시공
하루의 길이 / 절대 시간과 절대 공간 / 특수 상대성 이론 / 시간의 느려짐 /동시의 상대성 / 광시계 / 일반 상대성 이론 / 블랙홀 ①~② / 웜홀 / 아인슈타인의 예언 / 시공의 시작 / 시간의 끝 ①~②

Part 4 여러 가지 시간

1. 역법과 시간 ― 정밀도에 대한 도전
하루의 길이는 변한다! ‘윤초’란 무엇인가?

2. 과학의 발전을 떠받치는 ‘1초’
중력 변화에 따른 시간의 변화도 관측할 수 있게 되었다

3. 차세대의 1초를 만드는 ‘광격자 시계’
100억 년 동안 생기는 오차는 불과 1초