우주와 아인슈타인 박사

아인슈타인의 추천사 / 지은이의 글

1장 우주의 실체를 향한 인간의 도전
질서 있는 우주와 인간의 무관심 | 대우주와 소우주를 잇는 다리 | 우주의 다양성을 한 이론으로 설명 | '왜'에서 '어떻게'로 이동한 과학의 쟁점

2장 보이는 것과 실체 사이의 간격
양자론과 상대성이론의 출현 | 경험과 인지의 세계로부터 멀어진 물리학 | 객관적 실체가 없는 시간과 공간 | 빛나지 않는 빛 | 인식을 꿰뚫는 신비로운 질서

3장 양자론과 광전효과
복사에너지, 불연속 양자의 공간이동 | 광전효과로 양자이론의 가치 증명 | 파동인가 입자인가! 빛의 이중성 | 우주의 기본 단위, 전자 | 확률파와 파립자의 세계

4장 양자역학과 불확정성원리
불확정성, 자연의 궁극적 장벽 | 흔들린 인과론과 결정론 | 신은 주사위 놀이를 하지 않는다 | 미시세계에서 텅 빈 공간과 시간의 세계로

5장 뉴턴과 갈릴레오의 상대성원리
위치와 운동의 상대성 | 뉴턴 상대성원리의 철학적 의의 | 에테르와 뉴턴 우주론에 대한 도전 | 방향에 관계없이 빛의 속도는 일정

6장 특수상대성이론과 광속불변원리
자연법칙, 등속운동하는 모든 계에 동일 | 시간의 감각도 인식의 한 형태 | 주관적 인식에서 객관적 개념으로 | 변환법칙과 빛 | 광속불변원리 | 속도합산원리의 오류와 동시성의 상대성 | 기준계마다 특정 시간이 있다

7장 고전물리학과 특수상대성이론
로렌츠 변환과 막대자의 수축 | 빛의 속도는 우주 최고의 제한속도 | 상식이란 18세 이전에 습득한 편견 덩어리 | 안 보이는 물질 입자의 전혀 다른 행태

8장 질량이 곧 에너지, E=mc2
물체가 작아지면서 무거워질 수 있을까? | 에너지도 질량을 갖는다 | 물질과 에너지의 상호변환 | 질량과 에너지의 실체 | 모든 운동계를 지배하는 신비한 힘

9장 일반상대성이론의 예비지식: 4차원 시공연속체
비행을 물리적 실체로 구체화하려면 | 시간과 공간은 뗄 수 없는 관계 | 수억 년 전 별빛이 내 눈앞에 | 우주적 장엄을 설명할 수 있는 조건

10장 일반상대성이론의 출발점: 관성과 중력
운동은 일종의 상대적인 상태 | 절대운동의 기준계로서 빈 공간 | 아인슈타인 이론의 발판은 뉴턴의 관성법칙 | 질량에 상관없이 같은 속도로 낙하

11장 중력과 관성의 등가원리
공간의 개념에는 위아래가 없다 | 중력은 힘이 아닌 물체의 경로 | 중력장이라는 물리적 실체| 구조법칙과 운동법칙 | 빛에 미치는 중력의 효과 예측

12장 일반 상대성이론: 빛에 미치는 중력의 효과
질량을 갖고 중력장의 영향을 받는 빛 | '아인슈타인 효과'와 중력파

13장 일반상대성이론으로 본 우주의 모습
공간이라는 무한 바다를 떠도는 섬우주 | 지구의 곡률, 유클리드를 비웃다 | 유한하지만 경계가 없는 우주 | 구성물질에 의해 결정되는 곡률

14장 여전히 풀지 못한 우주의 기원
헝겊 붙인 풍선처럼 팽창하는 우주 | 태초의 우주 대폭발 | 최대 엔트로피 상태를 향하는 우주 | 증명하지 못한 '맥동하는 우주' | 암흑과 붕괴를 향하는 우주

15장 자연계의 힘과 법칙을 한데 묶는 통일장이론
상대성이론과 양자론을 잇는 다리, 통일장 | 중력과 전자기력을 실체로 표현 | 우주 전체는 하나의 기본장 | 보이지 않는 것에서 나온 보이는 것들

부록 / 찾아보기 / 옮긴이의 글 / 감수자의 글

대학 졸업생들조차도 상대성이론이 그 자체의 과학적 가치를 뛰어 넘어 로크, 버클리, 흄과 같은 위대한 인식론자들의 사상을 발전시키는 데에 중요한 철학적 체계를 형성하고 있다는 것도 잘 모른다. 결국 사람들은 자기가 살고 있는 광활하고 신비롭고 불가사의할 정도로 질서 있는 '우주'에 대해서는 별 개념이 없다는 얘기다.

우리가 살고 있는 세계를 묘사하고 설명하는 것이 과학의 목적인 만큼 조화롭게 통일된 하나의 이론으로 우주의 다양성을 설명할 수 있다면, 과학이 추구하는 궁극의 목표에 도달할 수 있을 것 같다. 그러나 실체를 향한 인간의 과학적 의문이나 진보와는 달리 '설명'이란 말의 의미는 점점 위축되고 있다. 아직도 과학은 전기, 자기, 중력 등의 실체를 '설명'하지 못하고 있는 게 사실이다.

양자론과 상대성이론이 제시하는 방정식은 빛의 방사(빛의 입자성)와 빛의 전파(빛의 파동성)를 지배하는 법칙을 분명하게 정의하고 있다. 그러나 원자가 어떻게 빛을 방출하고 빛이 어떻게 공간 속으로 퍼져나가는지, 그 실제적인 메커니즘은 알 수 없기 때문에 이는 여전히 자연의 최고 미스터리로 남아 있다.