NEWTON HIGHLIGHT 중력이란 무엇인가

▣ 출판사서평

● 낙체의 법칙, 만유인력, 지구상의 중력, 힘, 무중력 등 핵심 개념 정리
현대 물리학의 중력은 ‘초끈 이론’까지 연관되어 있지만, 그 기본은 갈릴레이부터 시작된다. 갈릴레이는 공기의 저항이 없다면 무거운 물체와 가벼운 물체가 동시에 떨어진다는 사실을 발견했다. 그리고 뉴턴은 사과가 땅으로 떨어지는 지상의 물리 법칙과 행성의 운동 같은 천상의 물리 법칙을 만유인력이라는 하나의 법칙으로 설명함으로써 중력에 대한 개념을 확립했다. 중력에 관한 기본에 해당하는 원리를 상세히 정리한다.

● 등가 원리, 휘어진 공간, 중력과 시간 등 상대성 이론이 말하는 중력
뉴턴이 중력을 만유인력으로 설명한 반면, 아인슈타인은 중력을 ‘시공(시간과 공간)의 휘어짐’으로 설명했다. 아인슈타인은 시간과 공간은 언제 어디서나 일정하다는 그때까지의 상식을 깨고, ‘질량은 공간을 휘어지게 하고, 중력을 만들어 낸다.’고 주장했다. 빛도 휘어진 공간을 따라 휘어져서 나아가며, 중력이 강한 곳에서는 시간의 흐름도 느려진다는 상대성 이론의 핵심 내용을 알아본다.

● 블랙홀, 암흑 물질, 암흑 에너지와 중력의 관계
중력의 불가사의한 성질은 마침내 블랙홀의 개념을 만들어 냈다. 뿐만 아니라 블랙홀이 눈에는 보이지 않지만 실제로 존재한다는 데 많은 과학자가 동의하고 있다. 더욱이 우주 공간에는 암흑 물질과 암흑 에너지라는 대상을 대상을 상정하지 않으면 설명할 수 없는 현상이 확인됨으로써 중력에는 수수께끼가 더해졌다. 인류는 우주를 구성하는 물질의 95%의 정체를 아직 모르는 셈이다. 이제까지 알려진 블랙홀, 암흑 물질, 암흑 에너지의 정체와 그 실체를 밝혀내려는 과학자들의 노력을 소개한다.

● 소립자, 고차원의 세계, 초끈 이론, 브레인 월드, LHC의 실험 등 첨단 물리학과 중력의 본질
우리가 사는 3차원 공간에 시간의 1차원을 더하면 4차원 시공이 된다. 그리고 우주 만물은 소립자라는 ‘알갱이’로 이루어져 있다고 한다. 그런데 이것만으로는 중력의 모든 것을 설명할 수 없다. 그래서 ‘10차원 공간+1차원 시간’과 우주 만물을 구성한다는 ‘끈’의 개념이 나왔다. 바로 ‘초끈 이론’이다. 상대성 이론과 양자론을 융합해 ‘궁극의 이론’이라고도 불리는 초끈 이론의 발전 과정, 그와 관련된 브레인 월드 가설과 LHC의 실험 내용까지를 알아본다.

● 뉴턴 하이라이트 시리즈의 73번째 과학 단행본
과학 잡지 「Newton」은 특히 독자의 호응이 높았던 기사만을 주제별로 재정리해, 새로운 감각의 과학 단행본 ‘뉴턴 하이라이트 시리즈’로 출간하고 있다. 「중력이란 무엇인가?」는 그 73번째 책으로, 앞서 나온 「상대성 이론」 「양자론」 「인체-21세기 해부학」 「주기율표」 「뇌와 마음의 구조」 「미분과 적분」 「신바한 수학의 세계」 등과 함께, 현대 과학과 수학의 주요 테마를 최고 수준의 그래픽과 해설로 보여 준다.

▣ 주요 목차

* 서문
중력이란? / 중력 이론 키워드 맵

제1장 만유인력의 법칙
낙하 운동 / 낙체의 법칙 / 만유인력이란? / 만유인력과 중력 / 지구상의 중력 ①~② / ‘힘’이란 무엇인가? / ‘무게’와 ‘질량’ / 달의 원운동 ①~③ / 인공위성과 중력 / 무중력이란? / 행성 운동 ①~②

* 좀 더 알고 싶다! 칼럼
- 무중력 공간은 불가사의한 광경을 만들어 낸다

제2장 만유인력의 법칙에서 일반 상대성 이론으로
만유인력의 법칙의 허점 / 특수 상대성 이론이란? / 일반 상대성 이론이란? / 등가 원리 ①~③ / 중력에 의해 빛이 휘어진다 / 중력이란 공간의 휘어짐 ①~② / 만유인력의 법칙과 일반 상대성 이론 / 휘어진 공간이란? / 중력과 시간 ①~② / 중력파 ①~② / 일반 상대성 이론과 블랙홀

제3장 현대 물리학이 품은 중력의 수수께끼
중력이 만들어 내는 불가사의한 천체 / 블랙홀 후보의 발견 / 공간을 늘어나게 하는 블랙홀 / 블랙홀에 의한 시간의 느려짐 / 블랙홀의 중심 / 미니 블랙홀 / 블랙홀의 증발 ①~② / 암흑 물질 ①~② / 암흑 에너지 ①~②

* 좀 더 알고 싶다! 칼럼
- 극미 세계를 규명하는 양자론이란?

제4장 소립자 물리학으로 본 중력
소립자 물리학이란? / 네 가지 힘 / 네 가지 힘의 통일 / 계층성 문제란? / 차원으로 본 중력 / 여분(잉여) 차원이란? / 제5의 차원은 어디에 있는가? / 중력과 고차원

제5장 중력의 수수께끼와 초끈 이론
초끈 이론의 등장 / 초대칭성 이론이란? / 끈이란? / 차원은 뭉쳐져 들어가 있다 / 브레인이란? / 중력은 닫힌 끈 / 브레인을 이동하는 중력자 / 차원의 휘어짐과 계층성 문제 / LHC를 이용한 실험 / 암흑 물질의 정체 / 미니 블랙홀의 생성 ①~② /중력의 본질에 다가간다

* 마무리
중력이란 결국 무엇인가?