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광속C 물리의 기본 물리의 기준
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광속C 물리의 기본 물리의 기준

  • 일본 뉴턴프레스
  • |
  • 아이뉴턴
  • |
  • 2012-09-10 출간
  • |
  • 140페이지
  • |
  • 210 X 275 X 20 mm /495g
  • |
  • ISBN 9788955378580
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북스크린영상으로 만나보는 한 권의 책 이야기

출판사서평

광속은 물리에서 무엇을 의미하는가?

만약에 ‘빛의 속력을 측정해 보라.’는 과제를 받았다고 가정해 보자. 시속 30만 km인 빛의 속력을 어떤 방법으로 측정해야 할지 난감하지 않을까? 1676년 덴마크의 천문학자 뢰메르는 목성에 그 위성 이오가 가려지는 현상을 이용해, 빛의 속력을 과학적으로 측정하는 데 최초로 성공했다.
한편 과학자 뉴턴은 우주의 시간과 공간은 언제 어디서나 일정하다고 생각했다. 그러나 우주에서 절대로 변하지 않는 것은 빛의 속력(광속)이고, 시간과 공간은 상황에 따라 늘어나거나 줄어든다는 사실을 아인슈타인이 밝히면서(특수 상대성 이론), 물리학은 그야말로 혁명을 맞이한다.
이 책 〈광속 c〉는 물리의 기본이자 절대적 기준이 된 광속의 의미와 뉴턴 역학, 상대성 이론, 블랙홀과의 관계, 그리고 광속에 대한 최첨단 연구 내용을 정리한 책이다.
먼저 Part 1에서는 16세기의 갈릴레이 이후, 과학자들이 광속을 측정하려고 했던 구체적인 방법과 그 결과 등, 광속 측정의 역사를 정리한다.
Part 2에서는 아인슈타인이 광속에 대한 현대적인 해석을 내놓기까지 과학계에서 거론되었던 여러 가지 내용들, 즉 ‘빛을 전하는 매질인 에테르에 대한 검증’ ‘아인슈타인의 의문 제기와 광속도 불변의 원리’ ‘뉴턴과 아인슈타인의 시간과 공간에 대한 견해’ 등을 알아본다.
Part 3은 ‘광속과 상대성 이론의 관계’이다. ‘시간과 공간의 신축’ ‘동시(同時)의 상대성’ ‘E=mc2’ ‘1m와 1초의 정의’가 무엇인지를 설명하고, 상대성 이론에 대한 다양한 의문에 대해서도 Q&A 형식으로 명쾌하게 답변한다.
한편 우주 공간에는 절대적으로 변하지 않는다고 알려진 ‘광속도 불변의 원리’에 어긋나는 것처럼 보이는 현상들이 있다. Part 4에서는 ‘초광속의 가능성’ ‘빛보다 빨리 멀어지는 은하’ ‘빛마저도 탈출할 수 없는 공간, 블랙홀’ 등에 대해 상세하게 알아본다.
Part 5와 6에서는 광속에 대한 최첨단 과학 화제를 소개한다. 즉 ‘광속도 불변의 원리는 수정되어야 한다.’는 과학자들의 주장과, ‘광속보다 빨리 날아간 중성미자 실험’의 오류 확인, ‘시간 여행의 실현 가능성’ 등을 설명한다.
인류가 오랜 세월 동안 탐구해 온 빛의 정체는 근대 과학의 연구를 거쳐 아인슈타인에 이르면서 ‘물리학의 혁명’을 일으켰다. 〈광속 c〉는 이러한 모든 과정을 한눈에 파악할 수 있는 좋은 입문서가 될 것이다.

● 빛의 속도 측정과 ‘광속도 불변의 원리’가 나오기까지
16세기의 갈릴레이는 그 이전의 과학자들과 달리 ‘빛은 엄청나게 빠르지만 그 속력은 유한하다.’고 생각했다. 그때부터 빛의 속력을 측정하려는 과학자들의 노력이 시작되었다. 그 뒤 오랜 시간을 거쳐 빛의 정확한 속력이 밝혀지기까지의 과정을 정리한다. 또 ‘빛은 무엇을 통해 전해지는가?’라는 문제의 해결에 마침표를 찍은 아인슈타인의 ‘광속도 불변의 원리’는 무엇을 의미하는지도 알아본다.

● 뉴턴 역학을 넘어서는 아인슈타인의 물리학 혁명
근대 과학의 절대 권위자인 뉴턴은 ‘시간과 공간은 누구에게나 어디에서나 똑같다.’고 생각했다. 그러나 아인슈타인이 ‘절대 변하지 않는 것은 광속도이며, 시간과 공간은 늘어나거나 줄어든다.’는 사실을 밝힘으로써, 물리학은 새로운 시대를 맞이하게 된다. 아인슈타인이 이러한 원리를 밝히기까지의 탐구 과정을 자세히 설명한다.

● 시간과 공간의 신축, E=mc2과 광속의 관계
시간과 공간이 신축한다는 것은 과연 무엇을 의미하는가? 광속이 일정하면 왜 그러한 현상이 일어날까? 왜 에너지(E)와 질량(m)은 같은가? 아인슈타인 이전에는 상상하지도 못했던 자연계의 원리가 속속 밝혀지면서 인류는 새로운 과학의 시대에 살게 되었다. 뿐만 아니라 ‘광속보다 빠른 것’처럼 보이는 현상도 있다. 아인슈타인이 만들어 낸 상대성 이론의 불가사의한 세계와 함께, 초광속과 블랙홀 등 상식으로는 이해되지 않는 물리 현상에 대해서도 상세히 알아본다.

● 광속에 관한 ‘진리’를 극복하려는 과학자들의 노력
광속도 불변의 원리에 근거한 상대성 이론이 올바르다는 사실은 여러 실험과 관측으로 증명되었다. 그런데 물리학의 최첨단 분야에서는 그러한 상대성 이론에 대한 이의를 제기하는 과학자들도 있다. 광속을 둘러싼 최첨단 연구와 거기에 종사하는 연구자의 인터뷰를 소개한다.

● 과학 단행본의 새로운 전형 ― 뉴턴 하이라이트 시리즈
뉴턴 하이라이트 시리즈는 과학 잡지 〈Newton〉의 핵심 기사 중, 독자의 호평을 받은 기사만을 골라 테마별로 재구성한 과학 단행본 시리즈이다. 과학의 모든 분야에 걸쳐 정밀한 고급 그래픽과 전문가들의 쉽고도 자세한 해설로 구성해 독자들에게 전달된다. 〈상대성 이론〉 〈양자론〉 〈인체­21세기 해부학〉 〈주기율표〉 〈뇌와 마음의 구조〉 〈미분과 적분〉 〈신기한 수학의 세계〉 등 많은 자매편들도 절찬리에 판매되고 있다.

목차

Part 1 빛의 속력을 구한다

빛의 속력은 무한인가, 유한인가? / 갈릴레이가 생각한 광속 측정법 / 밝혀진 광속의 값 ①∼② / 지상 최초의 광속 측정 ①∼② / 이론적으로 유도된 광속 ①∼②

＊ 칼럼 : 전자기파를 발견해 무선 통신 시대를 연 맥스웰
＊ 칼럼 : 광속의 값은 측정값에서 정의값으로

Q&A : 빛과 전자기파 Q1∼Q5
Q1 ‘빛은 전자기파’란 무슨 뜻인가?
Q2 전기장과 자기장의 변동이 전자기파가 되어 나아가는 구조는?
Q3 전구와 태양이 빛을 내보내는 이유는?
Q4 빛이 파동이라는 사실을 어떻게 알 수 있는가?
Q5 빛으로 색깔을 느끼는 메커니즘은?

Part 2 광속도 불변의 충격

우주를 채우고 있는 에테르? / 에테르의 검출 실험 ①∼② / 아인슈타인의 의문 / 속력의 덧셈과 뺄셈 / 광속도 불변의 원리 / ‘절대 공간’과 ‘절대 시간’ / 물리학의 혁명

＊ 칼럼 : 광속 측정에 일생을 바친 마이컬슨
＊ 칼럼 : 20세기 최고의 물리학자 아인슈타인의 생애

Part 3 상대성 이론의 세계

기묘한 결론 시간의 느려짐 ①∼③ / 기묘한 결론 동시의 상대성 ①∼② / 기묘한 결론 길이의 축소 ①∼② / 기묘한 결론 E=mc@2 / 우주의 기준

Q&A : 상대성 이론 Q1∼Q5
Q1 고속으로 움직이는 물체는 실제로 줄어드는가?
Q2 광속에 가까워지면 ‘물체가 무거워진다’의 의미는?
Q3 ‘에너지와 질량은 같다’는 무슨 뜻인가?
Q4 ‘특수 상대성 이론’과 ‘일반 상대성 이론’의 차이는?
Q5 상대성 이론이 우리 실생활에 영향을 미치는 사례는?

＊ 칼럼 : ‘1초’와 ‘1m’ 정의의 변천
＊ 칼럼 : 자연계의 ‘가장 근원적’인 단위는?

Part 4 초광속과 블랙홀

‘초광속’의 가능성 / 올바른 속력의 덧셈 / 물질 속을 나아가는 빛의 속력 / ‘초광속’이 만드는 빛 / 블랙홀과 광속 ①∼② / 고에너지 빛의 속력

＊ 칼럼 : ‘겉보기’ 초광속과 ‘진짜’ 초광속
＊ 칼럼 : 광속으로 나아가는 빛 이외의 파동, ‘중력파’란?
＊ 칼럼 : 블랙홀은 어떻게 해서 생길까? 우주의 어디에 있는가?

Part 5 광속을 둘러싼 최첨단 연구

광속도 불변의 원리에 대한 도전
인터뷰 : 리 스몰린
인터뷰 : 시어도어 제이컵슨
인터뷰 : 주앙 마게이조

Part 6 환상의 ‘초광속 중성미자’

광속의 벽이 무너졌다!?

＊ 칼럼 : 노벨상 수상으로 이어진 초신성 중성미자 관측
＊ 칼럼 : 시간 여행의 실현 가능성은?

도서소개

과학 잡지 《Newton》의 핵심 기사 중에서 호평을 받은 기사만을 골라 테마별로 재구성한 「뉴턴 하이라이트」 시리즈. 정밀한 고급 그래픽과 전문가들의 쉽고 자세한 해설로 구성한 과학 단행본이다. 『광속 c』는 물리의 기본이자 절대적 기준이 된 광속의 의미와 뉴턴 역학, 상대성 이론, 블랙홀과의 관계, 그리고 광속에 대한 최첨단 연구 내용을 정리한 책이다. 인류가 오랜 세월 동안 탐구해 온 빛의 정체는 근대 과학의 연구를 거쳐 아인슈타인에 이르면서 ‘물리학의 혁명’을 일으켰다. 이 책은 이러한 모든 과정을 한눈에 파악할 수 있는 좋은 입문서가 되어준다.
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