우주로의 여행

개요
머리말

제1과 물리학에 드리워진 먹구름 두 조각
『상대성 이론: 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론』
물리학에 드리워진 먹구름 두 조각
200년 동안 지속된 큰 논쟁
물리학자들을 당혹하게 만든 난제
우유부단한 플랑크
빛은 파동인 동시에 입자다

제2과 아인슈타인과 물리학 혁명
결코 영재가 아니었던 아인슈타인
고등학교 보충 수업: 가장 행복했던 1년
취리히연방공과대학교: 무단결석을 하다
사면초가에 직면한 실업 청년
특허청과 자유롭게 공부할 수 있는 아카데미
아인슈타인의 기적의 해

제3과 특수 상대성 이론이란 무엇인가
모든 건 에테르 때문이다
상대성 이론을 향해서
동시성의 상대성
시간 팽창
길이 수축
속도를 중첩하면 빛보다 빠른 속도에 도달할 수 있을까
상대론적 질량은 질량일까 아닐까
질량이 곧 에너지일까

제4과 쌍둥이 역설과 광속 불변의 원리
행성 여행을 마치고 돌아오자 불가사의한 사건이 발생했다
쌍둥이 역설은 사실일까
상대성 원리와 뉴턴 물리학의 분수령, 광속 불변 원리
상대성 이론을 제시한 사람은 대체 누구인가

제5과 만유인력은 보편적인 힘이 아니다
아인슈타인은 왜 특수 상대성 이론을 발전시켜야 했는가
뉴턴의 양동이 실험은 무엇을 설명하는가
피사의 사탑부터 사과의 낙하 운동까지
아인슈타인의 엘리베이터 실험
만유인력이 보편적인 힘이 아니라고 말하는 이유

제6과 왜곡된 시공간, 일반 상대성 이론
유클리드 기하학에서 비유클리드 기하학까지
일반 상대성 이론의 창립
중력의 적색편이와 수성의 궤도 세차 운동
빛의 굴절과 GPS 위치 측정

제7과 시공간의 팽창과 물결
중력파는 과연 존재할까
결국 중력파를 찾아내다
블랙홀 충돌로 인한 시공간의 잔물결
우주는 어떻게 생겨났는가
우주론적 적색편이는 도플러 효과가 아니다
암흑 물질과 암흑 에너지의 불가사의

제8과 볼 수 없는 별을 예측하다
라플라스와 미첼이 예측한 암흑성
오펜하이머가 다시 암흑성을 예측하다
오, 선녀님, 저에게 키스해주세요!

제9과 항성의 진화, 50억 년 이후 태양은 어떻게 변할까
항성의 일생
여러 가지 항성의 비교
서북쪽을 바라보며, 천랑성을 향해 활을 쏜다
50억 년 후 태양은 어떻게 변할 것인가

제10과 백색왜성과 중성자별 이야기
백색왜성에서 중력 붕괴가 다시 일어나지 않는 이유
낙담한 세 젊은이
한 인도 청년의 ‘터무니없는 이야기’
저는 하느님이 왼손잡이일 거라고 믿지 않습니다
졸리오퀴리 부인의 유감
신비한 ‘외계인’
중국 고대인이 기록한 초신성 폭발
공룡 멸종에 관한 또 다른 추측

제11과 블랙홀을 향해 날아간 우주선은 결국 어디로 갔을까
원자폭탄의 아버지가 의심을 받다
구면 대칭인 블랙홀
무한한 적색편이 면과 사건의 지평면
시공간 교환과 화이트홀 문제
블랙홀을 향해 비행하는 우주선
블랙홀에 진입한 이후 우주선의 운명

제12과 블랙홀은 정말로 검을까?
대전된 블랙홀
회전하는 블랙홀
‘털없음 정리’ 또는 ‘털 세 가닥 정리’
블랙홀은 죽은 별인가
아인슈타인의 영감
‘진공은 텅 비어 있는 게 아니다’와 반물질
블랙홀 근처의 진공 변형

제13과 호킹, 갈릴레이의 환생
갈릴레이가 사망한 지 300주년이 되는 날, 호킹이 탄생했다
옥스퍼드대학교에서 케임브리지대학교로: 심각한 병의 습격교수님, 계산이 틀렸습니다
반가운 펜로즈

제14과 호킹의 업적
특이점 정리부터 면적 정리까지
베켄슈타인의 과감한 진전, 블랙홀은 온도가 있다
180도의 태도 변화: 호킹 복사의 발견
블랙홀의 음의 비열
빌 언루 교수의 갑작스러운 깨달음
호킹의 업적 및 그에 따른 도전
만리장성에 가보지 않았다면 사나이가 아니다

제15과 블랙홀과 정보 보존 논쟁
호킹의 내기: 블랙홀의 정보는 보존되는가
블랙홀의 정보는 보존되지 않을 것이다

제16과 시간의 수수께끼를 탐구하다
동시의 전이성, 문제가 아닌 것 같은 문제
시간의 특성은 열의 특성과 관련이 있을까?

맺음말
참고문헌

1905년에, 독일의 <물리학 연보>(독일에서 가장 중요한 물리학 잡지 중 하나)의 편집진은 논문 한 편을 받게 된다. 이 논문의 저자는 당시에는 이름이 알려지지 않았던 아인슈타인이었다. 그는 플랑크가 주장한 에너지의 양자화 이론에서, 에너지가 조화 진동자를 떠난 이후에 연속적으로 변하는 것이 아니라 에너지가 복사원을 떠난 이후에도 여전히 불연속적인 상태를 유지한다고 생각했다. 이것이 아인슈타인의 광양자 이론이다. 양자는 조화 진동자가 복사하거나 흡수할 때만 불연속적인 것이 아니라, 양자가 전달되는 과정에서도 불연속적이라는 것이다.

지구 근처와 우주에 모두 에테르가 존재한다면 에테르는 지구에 상대 운동을 하고 있을까 아니면 정지해 있을까? 사람들은 에테르가 지구에 대해 상대적인 정지 상태에 있을 리가 없다고 생각했는데, 지구는 우주의 중심이 아니며, 태양도 우주의 중심이 아니기 때문이다. 에테르가 지구에 대해 정지 상태에 있다면 지구가 우주의 중심이라고 인정해버리는 것과 마찬가지가 아닌가? 그래서 사람들은 지구는 에테르에 대해 상대 운동을 하고 있어야 한다고 생각했다. 1725년에 천문학자 제임스 브래들리는 광행차 현상을 발견하고, 1728년에 광행차 현상이라는 이름을 붙인다. 1810년에 사람들은 이 현상을 다시 검증한다.