중력에 대한 거의 모든 것(2025) -마커스 초운-

예전에 읽었던 책에서 E=mc2 에 대해서 설명했던 것을 읽었는데, 이번의 책이 그 책을 생각나게 했습니다. 에너지와 질량과 빛의 속도와 저 공식이 나오게 된 배경과 의미를 이해하기 위해서는 물리학의 전체적인 역사에 대한 부분들이 연결되었습니다.

이 책, '중력에 대한 거의 모든 것'도 마찬가지로 중력을 설명하기 위해서는 물리학 전체 역사가 관여가 된다는 것을 알게됩니다. 뉴턴의 이론, 아인슈타인의 이론, 양자역학이라는 3개의 물리세계를 구성하는 기둥에 대한 설명과 그와 연결되는 예측과 확인작업의 드라마는 지구의 모든 것을 설명하는 역사와 같다고 생각했습니다.

광자의 입자설과 파동설에 대한 얘기들을 들으면서 결론을 듣지 못했는데, 그것이 양자역학으로 연결되면서 양면성을 설명하는 부분에서는 오래된 수수께끼가 풀리는 기쁨도 느끼게 됩니다.

1부인 뉴턴의 고전물리학에 대해서는 어느 정도 이해를 하고 있었다고 생각하지만, 2부의 특수상대성 이론과 일반 상대성이론의 설명은 미묘하게 따라가기 어려운 부분이 많았습니다.

시간과 공간에 관한 혁명적인 이론을 구축할 때 아인슈타인에게 필요한 것은 단 두 가지 원리(상대성 원리와 빛의 속도는 변하지 않는다는 원리)뿐이었다. (P196)

특수상대성 이론이 빛의 속도는 불변하고, 빛의 속도는 무한이 아니고, 그 속도를 뛰어넘는 속도는 있을 수 없는 한계속도이다라는 정의에서 아래와 같이 시공간의 두 측면을 연결할 수 있었다는 것의 의미를 다시 새기게 됩니다.

특수 상대성 이론은 한 사람의 공간은 다른 사람의 공간과 시간이며, 한 사람의 시간은 다른 사람의 시간과 공간이라고 한다. 그래서 시간과 공간은 완벽하게 이어진 시공간의 두 측면이라는 사실을 헤르만 민코프스키는 깨달을 수 있었다. (P229)

일반상대성 이론이 뉴턴의 중력이론에서 나온 절대시간과 절대공간을 공간의 굴절과 시간의 늘어지고 줄어듬으로 해석해내는 부분은 이해하기 쉽지 않은 내용이었던 것 같습니다.

3부의 양자역학에서는 아직도 꿈같고 초끈이론과 M이론은 공상소설의 느낌입니다. 많은 과학책을 통해서 어느 단계에서 돌파하지 못하는 한계를 느끼게 되는데, 이 한계 돌파를 위해서는 얼마만큼의 시간과 노력을 쏟아야할지 아득하기만 합니다.

상대성 이론과 양자역학의 이해를 위해서는 수리적 이해가 뒤따라야 할 것 같고, 미적분 등에 대한 이해가 있어야 순간속도 등을 예측할 수 있을 것이라 생각됩니다. 이 세상의 생성과 현재의 내가 있는 상황에 대한 이해를 위해서 얼마나 많은 부분들에 대한 관심이 필요한지 다시 한번 끝없는 지식에 대한 갈망을 느끼게 됩니다.

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베리에 해왕성 발견 : 새로운 행성의 발견은 천문학의 승리이자 예측 과학의 승리였다. 하지만 무엇보다도 이것은 뉴턴의 승리였고 뉴턴이 거의 2세기 전에 구축한 이론의 승리였다. (P135)

아인슈타인이 하는 생각은 자신이 절대로 이해할 수도 추측할 수도 없다는 사실을 깨달았다. ~~~ 아인슈타인은 ~~~ 다른 사람들과는 다른 방식으로 세상을 보았고, 다른 모든 사람과 다른 방식으로 생각했다. (P175)

전기와 자기를 깔끔하게 하나로 통합한 맥스웰의 업적은 하늘과 땅을 한데 합친 뉴턴의 통합과 사람의 세상과 동물의 세상을 한데 합친 다윈의 통합에 이어 세 번쨰로 위대한 과학의 통합으로 인정받고 있다. (P177)

뉴턴은 공책에 "플라톤은 나의 친구다. 아리스토렐레스도 나의 친구다. 그러나 나의 가장 친한 친구는 진리다."라고 적었다. ~~~ "광선을 잡을 수 있다면 어떻게 될까?"라는 중요한 질문을 할 수 있었던 이유는 아인슈타인의 가장 친한 친구가 진리였기 때문이다. (P179)  

시간과 공간에 관한 혁명적인 이론을 구축할 때 아인슈타인에게 필요한 것은 단 두 가지 원리(상대성 원리와 빛의 속도는 변하지 않는다는 원리)뿐이었다. (P196)

우리의 관점으로는 4차원 지도 위에서 시간은 흘러가는 것처럼 보인다. 그러나 하늘을 나는 새의 눈으로 4차원 지도를 볼 수 있는 아인슈타인이 볼때 시간은 흘러가지 않는다. 4차원 시공간 지도 위에는 우주가 탄생한 빅뱅에서부터 우주의 소멸에 이르는 동안에 일어난 모든 사건이 동시에 펼쳐져 있다. ~~~ 이 사건의 사슬을 물리학자들은 '세계선 world line'이라고 부른다. (P201)

아인슈타인은 전기장과 자기장, 공간과 시간이 각각 한 동전의 양면임을 깨달았을 뿐 아니라, 질량과 에너지도 같은 존재의 두 가지 다른 측면임을 깨달았다. (P204)

특수 상대성 이론은 한 사람의 공간은 다른 사람의 공간과 시간이며, 한 사람의 시간은 다른 사람의 시간과 공간이라고 한다. 그래서 시간과 공간은 완벽하게 이어진 시공간의 두 측면이라는 사실을 헤르만 민코프스키는 깨달을 수 있었다. (P229)

숲에서 나와 옳은 길을 따라 걸으며 아인슈타인은 먹는 것도 자는 것도 잊을 정도로 맹렬하게 연구했다. 훗날 그가 주장한 것처럼 그때 그는 정말 전 생애를 통틀어 가장 맹렬하게 정신력과 싸웠다. (P254)

중력 '스위치가 켜지는' 순간 우주는 있을 것 같지 않은 특별한 상태로 바뀌었다. 정확히 시간의 화살표가 한 방향을 향해 날아갈 수 있는 상태로 바뀐 것이다. (P300)

아르카니-하메드는 이 세상에서 가장 독창적이고 재능 있는 이론물리학자 가운데 한 명으로 손꼽히는 인물이다. (P336)

뉴턴 : "대담한 추론을 하지 않는다면 위대한 발견은 없다." (P388)

세상을 새로운 관점으로 보게 할 양자 혁명은 1900년, 플랑크가 양자를 발견했을 때 처음으로 조짐을 드러냈다. 그 후 1913년에 덴마크 물리학자 닐스 보어는 원자의 구조를 설명하면서 양자를 이용했다. 마지막으로 1927년, 확고한 기본 원리를 갖춘 일관성 있는 양자 이론이 탄생했다. (P394)

SF 작가 아서 C. 클라크 : "충분히 발달한 기술은 마법과 거의 구별할 수 없을 것이다." (P397)