서적소개
상대성이론 / 나의 인생관
알베르트 아인슈타인 / 동서문화사 / 2016.11.30
「상대성 이론」은 상대성 이론에 관한 아인슈타인의 최초 논문 「움직이는 물체의 전기역학」 우리말 번역과, 이 논문에 대한 해설로 구성되어 있다. 이 유명한 논문은 아인슈타인이 26세인 1905년, 물리학에 관한 독일 학술지 「물리학 연보 (Annalen der Physik)」 제17권 p. 891∼921에 발표된 것이다. 거대한 변혁을 초래한 상대성 이론의 가장 기본적인 사고방식, 특히 특수 상대성 이론의 정수라고 할 만한 것은 모두 이 책에 소개되어 있는 제1논문, 특히 ‘Ⅰ. 운동학’ 부분에 나타나 있다.
아인슈타인은 학문연구 활동에만 전념하지 않았다. 그는 정치, 교육, 윤리도덕, 종교, 평화 등 인간사 전반에 걸친 문제에 큰 관심을 가지고, 인류가 나아갈 수많은 바람직한 길을 제시했다. 「나의 인생관」에는 이러한 모든 문제에 대한 그의 사색의 깊이가 드러난다. 유태인인 그가 자기 민족에 대해 쏟은 애정, 세계평화를 바라지만 미약한 자기 자신에 대한 고뇌 등 그는 진정한 인류의 평화와 발전을 위해 생각에 생각을 거듭하며 자신의 인생을 바쳤다.
– 상대성 원리와 중력에 관한 새로운 사고방식으로 상대성 이론을 밝혀낸 아인슈타인의 업적과 과학자로서의 삶을 다룬 책
아인슈타인은 광속도 불변의 원칙을 비롯하여 물체의 질량은 그 에너지 함유량의 지표가 된다는 특수상대성이론과, 강한 중력장이 공간을 굽힌다는 일반상대성이론을 밝혀냄으로써 물질과 빛을 동시에 포괄하는 하나의 물리학 이론을 가능케 했으며, 광대한 우주 그 자체의 운동과 역사를 밝히는 데에도 성공을 거두었다.
이 책은 전반부는 상대성 이론에 관한 아인슈타인의 최초 논문 「움직이는 물체의 전기역학」 우리말 번역과, 이 논문에 대한 해설로 구성되어 있으며, 후반부는 유태인인 그가 자기 민족에 대해 쏟은 애정, 세계평화를 바라지만 미약한 자기 자신에 대한 고뇌, 가족 · 친구 · 동료들에 대한 따뜻한 마음, 윤리 · 도덕 · 종교 · 교육, 인간 본질에 대한 탐구, 과학과 기술, 정치 · 전쟁 · 평화에 대한 견해 등 아인슈타인의 세계관 및 그가 아내 마리치와 결혼 전에 주고받은 편지를 수록하여 보다 인간적인 아인슈타인을 만날 수 있도록 하였다.
○ 목차
[컬러화보]
상대성 이론
움직이는 물체의 전기역학…13
A 움직이는 물체의 전기역학…16
Ⅰ. 운동학…18
Ⅱ. 전기역학…36
옮긴이 해석…53
B 해설…81
Ⅰ. 운동학…87
Ⅱ. 전기역학…126
용어 설명…139
특수 상대성 이론…145
일반 상대성 이론…182
우주전체를 살펴보기…208
부록…215
나의 인생관
사색의 길을 걸으며…247
세계여, 걸음을 멈추고 돌아보라…261
전쟁과 평화를 생각하며…274
나의 민족, 그리고 시오니즘을 넘어…304
자신에 대하여…312
가족에 대하여…316
미국과 미국인에 대하여…318
친구, 과학자, 그 밖 사람에 대하여…320
인간에 대하여…322
인생이란 무엇일까…326
늙음에 대하여…332
죽음에 대하여…333
윤리 도덕 종교에 대하여…335
교육과 학문에 대하여…342
자연과학 그 연구에 대하여…344
과학과 기술에 대하여…346
이스라엘과 시오니즘에 대하여…352
평화주의에 대하여…355
정치, 전쟁, 평화에 대하여…359
애국심 정부에 대하여…363
그 밖의 생각들…366
다시, 나 자신에 대하여…377
아인슈타인 사랑의 편지…381
아인슈타인 생애와 사상
아인슈타인 그 전 시대…405
아인슈타인의 신화⁄위대한 추리소설⁄자연에 대한 이해⁄자연철학의 탄생⁄물질의 구조⁄물체의 운동⁄운동의 상대성⁄공간이란 무엇인가⁄시간이란 무엇인가⁄빛이란 무엇인가⁄뉴턴과 빛⁄중력이란 무엇인가⁄경이의 해
아인슈타인의 생애와 과학…426
1 성장 과정…426
2 아라우의 꿈―빛을 쫓아간다면…441
3 빛이란 무엇인가―역학과 전자기학…455
4 천재의 개화―1905년, 기적의 해…466
5 특수상대성이론―빛 시간 공간…479
6 그 뒤 아인슈타인…495
아인슈타인 연보…513
○ 저자소개 : 알베르트 아인슈타인 (Albert Einstein, 1879~1955)
알베르트 아인슈타인 (Albert Einstein, 1879~1955)은 1879년 3월 14일, 독일 울름에서 아버지 헤르만 아인슈타인과 어머니 파울리네 사이에서 태어났다. 어린 시절, 아버지가 뮌헨에 전기공장을 세우고 일을 시작하자 그곳으로 이주해 학업을 시작했으나 19세기 독일의 엄격하고 현학적인 교육 환경에 적응하지 못했다. 결국 그는 성적 부진으로 김나지움을 졸업하지 못했다. 아버지의 사업 부진으로 가족들이 밀라노로 이주한 지 얼마 안 된 시기였다. 아인슈타인은 스위스에서 독학으로 다시 공부를 시작해 취리히 연방공과대학에 응시했으나 낙방했다. 하지만 그의 탁월한 수학 성적에 주목한 학장의 배려로 아라우에 있는 자유로운 분위기의 고등학교에서 1년간 공부한 후 마침내 연방공과대학에 입학하게 된다.
1900년 봄, 대학을 졸업한 그는 스위스 시민이 되었고, 2개월간 수학 가정교사로 일하다 베른에 있는 특허사무소 심사관으로 채용되었다. 5년간 특허사무소에 일하던 아인슈타인은 1905년 독일의 『물리학연보Annalen der Physik』에 5개의 중요한 논문을 발표했다. 그 가운데 「분자 차원의 새로운 결정」이라는 논문으로 연방공과대학에서 박사학위를 받았고, 다른 논문들에서는 유명한 광전효과, 브라운운동이론, 특수상대성이론을 제시했다. 특히 특수상대성이론에서는 ‘모든 좌표계에서 빛의 속도가 일정하고 모든 자연 법칙이 똑같다면, 시간과 물체의 운동은 관찰자에 따라 상대적’이라는 이론을 제기하면서 그때까지 인간이 가지고 있던 우주관을 완전히 바꾸어놓았다. 또한 그는 질량과 에너지의 등가원리를 확립했는데, 이에 따르면 ‘물질이 갖는 에너지는 그 물질의 질량에 빛의 속도의 제곱을 곱한 값과 같다’고 한다. 이것이 유명한 공식 E=mc2이다.
특수상대성이론으로 명성을 얻은 그는 1914년 독일 프로이센과학아카데미에 자리를 얻어 그곳에서 연구하면서 때때로 베를린대학교에서도 강의를 하였다. 그리고 1916년 마침내 『물리학연보』에 「일반상대성이론의 기초」를 발표했다. 이 이론에 따르면 중력은 뉴턴이 말한 힘이 아니라 ‘시공연속체 속에 있는 존재에 의해 생긴 굽어진 장(場)’이다. 그의 이론으로 시공간에 대한 개념은 완전히 바뀌었으며, 그때까지 알 수 없었던 수많은 우주 현상을 설명할 수 있게 되었다. 특히 1919년 런던 왕립학회가 프린시페 섬에서 행한 과학탐사에서 일반상대성이론으로 예측한 계산값을 증명하는 일식현상을 관찰함으로써, 아인슈타인은 세계적인 명성을 얻게 되었다.
1921년, 아인슈타인은 노벨물리학상을 수상하기에 이른다. 하지만 상대성이론이 아니라 1905년에 발표한 ‘광전효과’에 대한 공로 때문이었다. 이 이론을 설명하는 광양자 가설은 훗날 양자역학을 낳는 시금석이 되었다. 하지만 그는 양자역학의 성공을 인정하지 않고 거리를 두며 말년에는 주로 통일장이론을 연구하는 데 몰두했다.
1933년 나치가 집권하자 시민권을 포기하고 독일을 떠난 그는 이후 20여 년 동안 프린스턴 고등연구소에서 거의 변화 없는 생활을 유지했다. 1939년, 아인슈타인은 루스벨트 대통령에게 보내는 핵무기 연구에 관한 유명한 서한에 서명함으로써 ‘맨해튼 계획’ 수립에 영향을 끼쳤지만, 히로시마 원폭 투하에 충격을 받아 핵무기 폐기를 위한 운동에 동참했으며, 비무장 세계정부 수립을 위한 운동을 활발하게 전개했다. 한편 1940년, 아인슈타인은 마침내 미국 시민권을 취득했다. 하지만 그는 언제나 자신을 유럽인으로 생각했다. 1952년 이스라엘의 2대 대통령을 제안받기도 했던 그는 이를 정중히 거절하고 연구에만 몰두했다. 그리고 1955년 대동맥류 파열로 프린스턴 병원에 입원한 뒤 그해 4월 18일 그곳에서 76세를 일기로 세상을 떠났다.
알베르트 아인슈타인의 시기별 연구들을 살펴보면, 유년기 숙부의 영향으로 수학과 과학에 대해 관심을 갖게 되었고, 취리히의 연방공과대학에서 4년간 물리학과 수학에 몰두하게 된다.
1900년 아인슈타인은 베른에 있는 스위스 특허 사무소에서 심사관으로 일을 시작했다. 1905년 아인슈타인은 독일의 유명한 월간 학술지 「물리학 연보 (Annalen der Physik)」에 「분자 차원의 새로운 결정 (A New Determination of Molecular Dimensions)」이라는 논문을 발표했는데, 나중에 취리히 대학교에서 이 논문으로 박사학위를 받았다. 그해 아인슈타인은 「물리학 연보」에 중요한 논문 4개를 더 발표했다. 브라운 운동 이론에 관한 「정지 액체 속에 떠 있는 작은 입자들의 운동에 대하여 (On the Movement of Small Particles Suspended in Stationary Liquids Required by the Molecular-Kinetic Theory of Hea)」, 빛을 파동으로서뿐 아니라 입자 성질을 갖는 광자로 가정해 광전 효과를 설명한 「빛의 발생과 변화에 관련된 발견에 도움이 되는 견해에 대하여 (Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Ge- sichtspunkt)」, 특수 상대성 이론을 소개한 「운동하는 물체의 전기역학에 대하여 (Zur Elektrodynamik bewegter Körper, 영: On the Electrodynamics of Moving Bodies)」, 질량과 에너지가 같다는 사실을 확립한 「물체의 관성은 에너지 함량에 의존하는가 (Ist die Tragheit eines Korpers von seinem Energieinhalt abhangig)」.
1916년에는 「물리학 연보」에 「일반 상대성 이론의 기초 (Die Grundlagen der allgemeinen Relativitätstheorie)」를 발표한다. 이로 인해 아인슈타인은 천재적인 과학자로서 국제적인 명성을 얻게 되고, 1921년 상하이에서 “당신의 광전법칙과 이론물리학 분야에서의 업적으로 노벨 물리학상을 받게 되었다”는 국제전보를 받는다.
아인슈타인은 전자로부터 행성까지 우주 안에 있는 모든 것의 작용을 지배하는 일반 법칙을 발견하려는 노력을 중단하지 않았다. 그는 단일한 방정식이나 공식들을 물질과 에너지의 보편적 속성들과 연관시키려고 했는데 이는 나중에 통일장 이론으로 불리게 된다.
1933년 독일에서 히틀러가 집권하자 아인슈타인은 독일 시민권을 포기하고 미국으로 떠났으며, 1955년 4월 18일 프린스턴 병원에서 잠을 자다가 숨을 거두었다.
– 역자 : 최규남
평양에서 태어나 평양고보 졸업. 도쿄로 건너가 도쿄물리학교 졸업. 「신문의 신문사」 입사하여 과학부기자 재직. 귀국하여 수도여자사범대교수 역임. 「주간희망」, 「한국일보」 과학부 편집인으로 활동.
지은책 「우주란 무엇인가」, 「코스모스 탄생」 옮긴책 호킹 「시간의 역사」, 클라크 「지구 유년기 끝날 때」, 브레드버리 「화성연대기」, 버거스트 「달나라에 꿈을 건 사나이」 등.
○ 출판사 서평
– 영원한 청년 아인슈타인
아인슈타인, 인류 역사상 가장 뛰어난 ‘생각기계’를 지닌 이 영원한 청년은 정력적 사고를 통해서 인류의 미래를 바꾸어놓았다. 상대성 원리와 중력에 관한 새로운 사고방식을 제안, 20세기 위대한 신화들 중의 하나를 기록한 그는 광속도 불변의 원칙을 비롯하여, 물체의 질량은 그 에너지 함유량의 지표가 된다는 특수상대성이론과, 강한 중력장이 공간을 굽힌다는 일반상대성이론을 밝혀냈다. 이로써 그는 물질과 빛을 동시에 포괄하는 하나의 물리학 이론을 가능케 했으며, 광대한 우주 그 자체의 운동과 역사를 밝히는 데에도 성공을 거두었다.
혀를 내밀고 있는 아인슈타인, 미치광이처럼 머리카락을 흩날리고 있는 아인슈타인, 짓궂게 반짝이는 시선 속에 E=Mc2를 감추고 있는 아인슈타인. 우리의 일상은, 계산기뿐만 아니라 청바지를 파는 데에도 이용되는 이 대가의 사진들로 가득 차 있다. 혁명가들은 레닌, 공업가들은 포드, 지식인들은 아인슈타인, 심리학자들은 프로이트를 가졌던 것이다. 상대성 이론에서 직관에 반하는 특성인 패러독스들은 센세이션에 굶주린 통속화 과정에서 과장되곤 하는데, 그것들이 많은 사람들에게 아인슈타인 신화의 테마로 이루어져가는 것이다.
– 누구나 알기 쉬운 「상대성 이론」
이 책의 「상대성 이론」은 상대성 이론에 관한 아인슈타인의 최초 논문 「움직이는 물체의 전기역학」 우리말 번역과, 이 논문에 대한 해설로 구성되어 있다. 이 유명한 논문은 아인슈타인이 26세인 1905년, 물리학에 관한 독일 학술지 「물리학 연보 (Annalen der Physik)」 제17권 pp. 891∼921에 발표된 것이다. 거대한 변혁을 초래한 상대성 이론의 가장 기본적인 사고방식, 특히 특수 상대성 이론의 정수라고 할 만한 것은 모두 이 책에 소개되어 있는 제1논문, 특히 ‘Ⅰ. 운동학’ 부분에 나타나 있다.
일반적으로 자연과학에 대한 논문을 이해하려면 많은 예비지식이 필요하다. 그중에서도 물리학 논문을 읽기 위해서는 수학을 알아야 하며, 특히 상대성 이론은 많은 수학적 준비가 필요하다. 그러나 이 책에 나온 상대성 이론 제1논문은 초등수학의 지식만 있어도 기본적인 사고를 이해할 수 있는 매우 드문, 귀중한 논문이다.
아인슈타인의 논문은 어느 것이나 매우 간단명료하고 이해하기 쉽다. 그중에서도 제1논문은 특히 그러하다. 그는 초보적이라고도 할 수 있는 기본적인 사항의 재검토에서 출발하여, 중학생이라도 알 수 있는 초등대수와 기하학을 이용하여 상대성 이론의 근간이라고도 할 수 있는 중요한 공식을 유도해내고 있다. 그의 해설은 출발점이 되는 전제에서 목표하는 결론에 이르기까지 아주 짧은 과정을 거쳐, 참으로 쉽고 명료한, 그러나 설득력 넘치는 논지로 독자를 목표점까지 이끌어간다. 이 논문은 물리학 논문의 모범으로서 물리학 뜻을 둔 사람이라면 반드시 한 번은 읽어야 하는 것이다. 과학 논문으로서 최고의 걸작이요, 논지 전개의 아름다움은 예술작품이라고 해도 결코 과언이 아니다.
– 즐겁고 재미있는 우주이야기
이 책의 「상대성 이론」은 A, B 두 부분으로 나뉘어 있다. 본디 논문을 번역한 것이 A인데, 이것은 물리학을 배우려는 독자라면 쉽게 이해할 수 있는 내용이다. 그러나 그것들 중에는 얼마간 난해하다고 여길 만한 부분이 눈에 띄기에, 어렵게 여겨질 만한 부분에 대해서는 초보자라도 이해할 수 있도록 A의 끝부분에 해설하여 놓았다.
후반부인 B는 일반 독자를 위한 해설이다. 기존의 해설서와는 달리 어디까지나 본디 논문의 논지를 가능한 한 충실하게 재현하는 데 힘썼다. 물리학 지식이 충분치 않다고 생각하는 독자는 B를 먼저 읽을 것을 권한다. 그런 만큼 아인슈타인의 본디 논문이 어떤 것인지를 아는 데는 충분하다.
본디 논문은 2가지 내용으로 나뉘어 있다. 전반부, 즉 Ⅰ. 운동학 부분에 대한 해설은 중학교 1학년 정도의 대수 지식만 있으면 충분히 이해할 수 있도록 설명했다. 그러나 후반부인 Ⅱ. 전기역학 부분은 Ⅰ과 같은 흐름으로 해설하기에는 너무나 많은 예비설명이 필요하다. 이것에 대해서는 어쩔 수 없이 본디 논문에 무슨 내용이 있는지를 알 수 있는 정도의 내용 소개에 그쳤다. 그러나 시간‧공간에 대한 상대성 이론이라는, 이 이론의 가장 특징적인 부분은 Ⅰ에 대한 해설에서 꼼꼼하고 알기 쉽게 설명하고 있다. 반복하지만, 대수의 초보지식만 있으면 누구나 이 유명한 논문의 가장 멋진 점을 충분히 ‘감상’할 수 있으리라 확신한다.
– 불세출 천재, 너무나 인간적인 아인슈타인
아인슈타인은 학문연구 활동에만 전념하지 않았다. 그는 정치, 교육, 윤리도덕, 종교, 평화 등 인간사 전반에 걸친 문제에 큰 관심을 가지고, 인류가 나아갈 수많은 바람직한 길을 제시했다.
이 책 「나의 인생관」에는 이러한 모든 문제에 대한 그의 사색의 깊이가 드러난다. 유태인인 그가 자기 민족에 대해 쏟은 애정, 세계평화를 바라지만 미약한 자기 자신에 대한 고뇌, 가족․친구․동료들에 대한 따뜻한 마음, 윤리․도덕․종교․교육, 인간 본질에 대한 탐구, 과학과 기술, 정치․전쟁․평화에 대한 견해 등, 그는 진정한 인류의 평화와 발전을 위해 생각에 생각을 거듭하며 자신의 인생을 바쳤다.
「아인슈타인 사랑의 편지」에는 아인슈타인이 아내 마리치와 결혼 전에 주고받은 편지를 실었다. 그 편지를 살펴보면, 애정이 듬뿍 담겨있으면서도 때로는 질투하고 때로는 화를 내는, 여느 연애편지와 다르지 않음을 알 수 있다. 본디 인간적인 면이 두드러지는 아인슈타인이지만, 이 편지들은 그의 그런 모습을 더욱 돋보이게 한다.
「아인슈타인의 생애와 사상」에서는, 아인슈타인 이전 유명한 과학자들과 위대한 과학적 업적들이 아인슈타인에게 어떠한 영향을 주었는지 알아본다. 또 아인슈타인의 생애와 그가 추구한 과학이 무엇이었는지 그의 어린 시절부터 짚어 올라가본다.
천재라 불린 아인슈타인의 일생을 되짚어 보면, 뜻밖에 그가 일반적으로 말하는 천재의 본보기였다는 결론을 내리기는 어렵다. 오히려 그는 끊임없는 연구심 그 자체였다고 할 수 있다.
물리학에서의 그의 직감력, 중심을 잃지 않는 깊고 넓은 탐색력은 훌륭한 것이다. 그는 한번 목표를 정하고 나면 도중에 그 길에서 벗어나거나 포기하는 일이 좀체 없었던 것 같다. 그러한 끈기로 시공과 빛의 관계를 이해할 수 있었으리라.
크리스천라이프 편집부