우주관 오디세이

서문 – 개정판에 붙여
초판 서문
추천사

제1부 고대 우주관

고대인, 자연현상에서 법칙을 찾다
과학의 탄생

제1장 피타고라스의 수학적 우주관
1. 피타고라스, 우주와 수학과의 관계를 탐구하다
2. 피타고라스학파, 절대진리를 찾는 수학적 방법론을 제시하다
3. 피타고라스학파의 수학적 우주관 - 수는 우주를 구성하는 실재
4. 피타고라스가 상상한 우주 - 피타고라스의 우주 모형
5. 피타고라스 정리가 대재난을 초래하다
6. 피타고라스학파의 성취
7. 플라톤의 기하학적 우주관으로 계승

제2장 플라톤의 기하학적 우주관
1. 플라톤의 이데아와 수학 세계
2. 아름다움은 진리인가?
3. 플라톤 “물질의 기본 입자는 기하학적 형상”
4. 플라톤의 우주론과 우주 모형
5. 플라톤의 수제자 에우독소스 – 수정천구의 탄생

제3장 아리스토텔레스의 우주관, 생성·소멸의 지상계와 영원·완전성의 천계
1. 아리스토텔레스, 생동하는 자연에 뿌리를 둔 자연철학의 개척자
2. 물질이론 - “물질세계가 실재이다”
3. 역학(물리학) - “진공은 존재하지 않는다”
4. 우주론 - “지구는 우주의 중심, 우주의 끝은 종천구, 그 밖은 무(無)”
5. 아리스토텔레스의 영향과 한계 - 토마스 쿤의 아리스토텔레스 해석
6. 과학 방법론 개척
7. 프톨레마이오스, 아리스토텔레스 우주론을 수정하다

제4장 중세의 신학적 우주관
1. 플라톤의 ‘티마이오스’와 기독교 우주관
2. 아리스토텔레스의 재발견 - ‘자연 발견의 시대’ 촉발
3. 토마스 아퀴나스, 아리스토텔레스 철학을 기독교 신학에 통합하다
4. ‘오컴의 면도날’, 신학적 우주관을 잘라내다

제2부 우주관 혁명

제1장 우주관의 코페르니쿠스적 전환
1. 시대적 배경 - 과학혁명·르네상스 전야
2. 코페르니쿠스의 문제의식
3. 새로운 체계 - 태양 중심 지동설
4. 코페르니쿠스 지동설의 한계
7. 브루노, 교회의 분노를 산 ‘자유로운 사고의 순교자’

제2장 코페르니쿠스를 넘어서
1. 길버트의 자기 중력이론
2. 티코 브라헤, “별은 허공에 떠 있다.”
3. 케플러, 최후의 신비주의자이자 최초의 천계(天界)물리학자
처녀작이자 출세작 『우주의 신비』
티코 브라헤와의 운명적인 만남
행성 운동에 대한 혁명적 생각
“진정한 태양 중심 지동설의 시작은 코페르니쿠스 아닌 케플러”
4. 갈릴레이, 과학의 아버지
아리스토텔레스 우주관을 폐기하다
갈릴레이의 사고실험(Thought Experiment)
갈릴레이는 어떻게 낙하운동법칙을 발견했을까?
갈릴레이는 왜 관성을 제대로 이해하지 못했을까?
근대과학 방법론 창시
교회의 권위와 투쟁
5. 데카르트의 기계론적 우주관
연역적 방법론의 탄생
관성의 원리에서 기계론적 우주관을 읽다
데카르트의 영향과 한계

제3부 뉴턴, 우주의 수학적 원리를 캐다

제1장 뉴턴, 역사상 가장 위대한 과학자
1. 뉴턴, 인간의 한계를 초월한 재능의 소유자
2. 불멸의 업적 - 『프린키피아』
3. 뉴턴의 과학 방법론 - 나는 가설을 세우지 않는다
4. 뉴턴은 운동법칙을 어떻게 발견했을까?
5. 만유인력의 법칙 – 땅의 법칙이 하늘에서도 이루어지다
6. 만유인력의 법칙은 왜 공격을 받았을까?
7. 뉴턴의 ‘거인들의 어깨 위에 서서’, 진정한 의미는 무엇일까?
8. 가설을 세우지 않는다고 해놓고 왜 절대공간과 절대시간을 가정했을까?
제2장 뉴턴역학의 영향과 뉴턴의 우주관
1. 뉴턴역학의 인문학적 의미는 무엇일까?
운동방정식, 자연의 인과관계 정식화
인과론적 결정론과 기계론적 세계관의 토대
2. 뉴턴의 우주관 - 신의 손길이 필요한 우주


제4부 상대성이론, 시간·공간 개념의 혁명

혁명적 천재 앨버트 아인슈타인 : 인류의 우주관을 바꾼 20세기 인물이자 밀레니엄의 인물
1. 청소년 시절, “빛줄기와 함께 달리면 빛은 어떻게 보일까?”
2. 결혼과 취직
3. 철학적 통찰의 요람, ‘올림피아 아카데미’
4. 생애 최고의 영감
5. 세계 과학계의 아이콘
6. 통일장이론을 향하여

Ⅰ. 특수상대성이론(The Theory of Special Relativity)

제1장 특수상대성이론의 탄생
1. 특수상대성이론의 탄생 전야
전기장과 자기장의 얼싸안기, 전자기파 그리고 빛
장(field)이라는 새로운 물질, 뉴턴역학을 무너뜨리다
2. ‘빛의 속도가 일정하다’가 왜 그토록 심각한 문제였을까?
혁명적 천재 아인슈타인을 낳은 상상, '빛과 함께 달리면 빛은 어떻게 보일까?'
3. 광속불변의 원리와 상대성 원리의 충돌 – 무엇이 문제였나?
속도합산 정리
에테르 찾기

제2장 특수상대성이론의 완성
1. 아인슈타인, 시간의 개념을 새롭게 묻다
2. 어떻게 새로운 시간과 공간 개념을 발견했을까?
3. 상충하는 두 원리를 어떻게 공준으로 삼을 생각을 했을까?
4. 상대성이론에 먼저 다가간 로렌츠와 푸앵카레는 왜 최후의 한 발을 내딛지 못했을까?
5. 특수상대성이론으로는 풀리지 않는 ‘쌍둥이 역설(twin paradox)’
6. E=mc²를 탄생시킨 발상은 무엇이었을까?


Ⅱ.일반상대성이론
'일반상대성이론'을 향한 아인슈타인의 문제의식 - "물리법칙은 왜 관성계와 비관성계를 차별할까?"

제1장 특수에서 일반으로
1. 문제의식 - 왜 자연법칙이 기준계의 운동 상태를 구별할까?
2. 아인슈타인의 ‘생애 최고의 영감(intuition)’, 등가 원리(equivalence principle)
3. 등가 원리로부터 꺼낸 놀라운 결론들
‘빛이 휜다’는 예측은 어디서 나왔을까?
중력장에서 시계가 느리게 간다
중력은 빛의 에너지를 빼앗는다 - 중력의 적색편이
다시 쌍둥이 역설
4. 다시 시간과 공간의 개념을 분석하다
에렌페스트 역설(Ehrenfest's Paradox)
새로운 공간의 그림 – 중력은 없다, 시공의 만곡이 있을 뿐
5. 중력방정식을 향하여
새로운 기하학을 찾아서 - 험난한 여정
아름다운 중력장 방정식, 무엇을 말하는 걸까?
6. 일반상대성이론의 검증
에딩턴의 일식 관측 - 빛의 휨 현상 확인
중력의 적색편이 - 중력장에서 시계가 천천히 간다
중력파(Gravitational Wave) - 우주를 보는 새로운 창

제2장 상대성이론이 펼치는 우주론
1. 블랙홀
2. 아인슈타인의 우주론
아인슈타인의 ‘생애 최대 실수’
정적이고 유한한, 그러나 경계가 없는 우주
3. 프리드만, 아인슈타인 방정식에서 팽창·수축우주를 발견하다
4. 빅뱅 우주론

제3장 상대론적 우주관
1. 아인슈타인의 과학 방법론 412
특수상대성이론 단계 - 실증주의자 마흐의 영향
일반상대성이론 단계 - 직관적 도약
일반상대성이론 이후 - 수학적 연역
2. 아인슈타인의 철학적 견해
우주는 인간의 의식과 독립적인 실재
경험과 이성의 조화
3. 상대성이론의 철학적 의미와 우주관 439
시간과 공간 개념의 혁명
물질에 대한 새로운 개념 부여
인과론적 결정론과 역동적인 우주
상대성이론에 대한 오해

제5부 양자론, 관계론적 우주관
상식과 직관에 반하는 양자론

제1장 양자론의 서막 - 혼돈의 시대
1. 원자론 논쟁과 양자론의 서명
2. 흑체복사 문제 – 양자역학은 용광로에서 탄생했다?
‘붉은’ 사과, 밤에는 무슨 색깔일까?
흑체복사란
3. 플랑크의 양자가설
양자론 의미를 함축한 플랑크 상수(ℎ), 너는 도대체 뭐니?
4. 아인슈타인의 광양자 가설
광전효과 메커니즘 설명
콤프턴 산란 – 빛의 입자성 확인
5. 빛, “너는 입자냐, 파동이냐? 묻지 말라”
6. 원자는 어떻게 생겼을까 – 러더퍼드 원자 모형
"티슈에 쏜 15인치 포탄이 튕겨 나온 것처럼 믿기 힘든 사건!"
7. 보어의 원자 모형
양자론의 아버지 닐스 보어
말도 많고 탈도 많은 양자도약(quantum jump)의 등장
보어의 원자 모형
8. 원자가 방출하는 빛의 정체는 무엇인가
아인슈타인 "BKS이론이 옳다면 차라리 구두 수선공이 되겠다"

제2장 양자역학의 탄생 504
1. 하이젠베르크의 행렬역학 506
헬골란트 섬에 요양 갔다가 벼락처럼 행렬역학을 세운 하이젠베르크
하이젠베르크의 문제의식
행렬역학에 관한 하이젠베르크와 아인슈타인의 토론
2. 드브로이의 물질파 – 입자가 파동성을 갖는다면 그 크기의 한계는? 523
물질파는 실체인가 - 다시 이중슬릿 실험
3. 1925년 겨울 알프스 휴양지 아로사의 슈뢰딩거, 그리고 파동방정식
복잡한 성격의 천재 슈뢰딩거
경이로운 파동방정식
파동역학의 해석에 관한 보어와 슈뢰딩거의 토론
4. 파동함수의 확률해석
신은 주사위놀이를 하지 않는다
확률파동의 붕괴
아인슈타인의 학률파동 공격 사고실험

5. 불확정성 원리
파인만 "현대 물리학은 불확정성 원리의 재해석에 불과하다"
불확정성 원리에 관한 보어-하이젠베르크 토론
불확정성 원리와 영의 실험
6. 상보성 원리 – 대립적인 것은 상호보완적이다


제3장 양자론의 정립
1. 양자론의 표준해석 – 코펜하겐 해석
코페하겐 해석(Copenhagen interpretation)에 마음이 편치 않은 이유는 뭘까?
2. 코펜하겐 해석에 대한 비판과 반론
슈뢰딩거 고양이
4. 코펜하겐 해석의 대안을 찾아서
다세계 해석
숨은 변수
결어긋남
거시세계와 미시세계의 경계는 어디인가?

제4장 세기의 보어-아인슈타인 논쟁
1. 라운드 – 병형 이중슬릿 사고실험
아인슈타인의 공격
보어의 방어
2. 라운드 2 – ‘빛 상자 안의 시계’ 사고실험
아인슈타인의 공격
보어의 방어
3. 라운드 3 - EPR 논증
관전을 위한 배경 지식, 슈테른-게를라흐 실험
전자 상자 사고실험 – 비국소성, 비실재성
스핀보존 사고실험 – 비국소성
EPR 논증 요지
보옴이 각색한 EPR 논증
보어의 반박

4. EPR 논증의 심판관 - 존 벨, 철학 논쟁에서 물리학 논쟁으로
벨 부등식
실제 검증 - 아스페의 실험
아인슈타인의 패배
양자 얽힘의 해석 - 아인슈타인의 신념과 다른 공간의 새로운 특성

제5장 양자론적 우주관

1. 보어의 철학
보어 양자론 철학의 뿌리, 키에르케고르와 마르틴 뮐러
보어 철학의 출발점 : '인간은 자연의 일부다'는 한계성의 인식
“양자역학은 인간과 독립적인 미시세계 실재와 인간의 상호작용에 관한 수학적 기술”
2. 비결정론 - 신은 주사위놀이를 한다?
뉴턴과 아인슈타인의 결정론
양자론의 확률론과 비결정론
3. 비실재론 - 아무도 달을 보지 않으면 달의 존재를 확인할 수 없다
관측된 물리량만 의미가 있다
4. 비국소성 - 새로운 공간의 의미
공간의 새로운 특성
5. 관계론적 우주관
6. 현대문명은 양자(quantum)문명
양자역학, 현대기술문명의 초석
양자문명은 진행형

참고자료
주석모음
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