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출판사 리뷰

빛의 속도만큼 짜릿하게 격파하는 상대성이론 “빛은 정해진 속도로 날아가며, 결코 느려지거나 빨라지지 않는다. 속도가 빨라지면 시간이 느리게 흐르고, 길이는 수축한다. 동시에 일어나는 사건도 관찰자의 상태에 따라 상대적이다.” 이 말은 상대성이론을 응축한 말이자 이 책에서 하는 이야기의 핵심이다. 이 책은 상대성이론, 그중에서도 특히 특수상대성이론의 3가지 주요 효과인 ‘시간 팽창’, ‘동시성의 상대성’, ‘길이 수축’을 중점적으로 설명한다. 상대성이론은 “균일한 직선운동을 동시에 표기하는 두 좌표계”에서 일어나는 일에 대한 이론물리학적 해석이다. 상대성이론을 제대로 이해하려면 “공간과 시간, 물질에 관해 생각해왔던 방식을 근본적으로 바꿔야” 한다. 우리가 직관적？관념적으로 가지고 있던 세계에 대한 이미지를 바꿔야 한다. 마찬가지로 이 책을 이해하기 위해서도 생각을 완전히 바꿔야 한다. 이 책에 등장하는 열차는 어떠한 가속도, 감속도 하지 않는다. 완전한 등속 직선운동을 한다. 주변에 속도를 비교할 어떤 것도 없다. 미세한 진동도 저항도 없다. 이 열차 위 탑승객에게는 열차가 완전히 정차해 있는 듯 느껴질 것이다. 밋밋하고 심심하기만 할 것 같은 열차 여행은 페이지를 넘기는 순간 세상에서 가장 어질어질하고 아찔할 여행이 될 것이다. 독자들은 어쩌면 책을 읽으며 ‘뭔가 이상한 일이 생겼어’, ‘무언가를 놓쳤을 거야’ 혹은 ‘어쨌든 이 책은 말도 안 되는 책이야’ 하고 생각할 수 있다. 하지만, 이상한 일은 생기지 않았고, 놓친 것은 없으며, 말이 된다. 속도가 빠르면 시간이 늘어나고 공간이 줄어든다고? 광속불변의 법칙이 만드는 시간 팽창, 동시성의 상대성, 길이 수축 100km/h로 달리는 차 A 옆에 100km/h로 나란히 달리는 차 B가 있으면, A의 관점에서 B는 정지 상태로 보인다. 반면에 B가 맞은편에서 100km/h로 달려오면 A의 관점에서 B는 200km/h로 다가오는 것처럼 보인다. 이것이 기본적인 ‘갈릴레오 상대성’, 즉 속도의 상대성이다. 하지만 빛은 속도의 상대성을 따르지 않는다. 299,792,458m/s라는 정해진 단 하나의 속도로만 날아간다. 우주의 그 무엇도 빛보다 빠를 수 없다. 빛조차 빛보다 빠를 수 없다. 즉 빛은 빛을 추월할 수 없다는 것이다. 심지어 빛의 절반 속도로 달리는 우주선에서 레이저총을 쏘더라도 그 레이저 빛은 빛의 1.5배 속도가 아닌, 정해진 단 하나의 속도, 즉 빛의 속도로만 날아간다. 이것이 광속불변의 법칙이다. 여기서 모든 일이 일어난다. 시간이 늘어나고 공간이 줄어든다. 광속 불변의 법칙은 먼저 시간의 절대성을 깨뜨린다. “빠르게 이동하는 물체에서 시간은 느리게 흐른다.” 지구에 남아 있는 쌍둥이가 늙어가는 동안 빛의 속도로 여행하는 쌍둥이는 여전히 어린 ‘쌍둥이의 역설’이다. 하지만 정확하게 표현하자면, 이 역시 관찰자의 관점에 따라 다른 상대적인 경향이다. 정확하게 표현하자면 빠르게 움직이는 물체의 시간은 그 물체를 바라보는 관찰자의 시점에서는 느려지는 것처럼 보일 뿐이다. 시간은 상대적이고, 시간은 팽창한다. 빛은 정해진 속도로 움직이므로 시간은 상대적이어야 하며, 이는 길이 역시 수축할 수밖에 없음을 의미한다. 빠르게 움직이는 물체는 움직이는 방향과 평행하는 길이로 압축된다. 빠르면 빠를수록 더 수축된다. 시간과 공간은 엄격하거나 절대적이지 않다. 움직이고, 팽창하며, 수축한다. 우리가 세상을 살아가며 경험을 통해 굳건히 쌓아 올린 시간과 공간의 특성을 완전히 무시한다. 상대성이론은 현실 세계에서는 구현할 수 없는 시공간에서 펼쳐지는 물리 이론이다. 하지만 그것을 통해 인류는 우주의 비밀에 더 깊이 다가설 수 있었다. 열차 여행을 통해 상대성이론의 주요 개념을 설명하는 이 책을 통해 우리는 시간과 공간, 세계와 우주에 대한 고정관념을 넘어서는 새로운 시각을 얻을 수 있다.

서문
이 책의 사연과 읽는 방법

시작하는 글 _ 빛은 정해진 속도로 움직인다
에피소드 I _ 시간은 상대적이다
에피소드 II _ 움직임에 따라 길이가 수축하는 동시성도 마찬가지다
에피소드 III _ 이것은 매우 특정한 어떤 양으로 작용한다
에피소드 IV _ 그로 인해 에너지와 질량의 등가원리가 밝혀졌다
보너스 코너 _ 닭이 먼저인가, 달걀이 먼저인가?
괴짜를 위한 노트 _ 회의적인 상대주의자를 위하여