천재 물리학자 아인슈타인은 다른 사람들이 당연하게 여기는 것들에 대해 의문을 품고 깊이 고민을 하던 중에 시간과 공간에 대한 이론인 ‘ 특수 상대성 이론 ’ 이라는 놀라운 과학법칙을 만들어 냈답니다.
이름만 들어도 무척이나 어렵게 들리는 이 이론을 이해하긴 쉽지 않을 것 같지만 걱정할 필요는 없어요.
아이들의 눈높이에 맞춰 쉽고 재미나게 설명해 주는 < 처음 읽는 상대성 이론 > 을 읽어보면 이 어렵고 복잡한 이론을 쉽게 이해할 수 있을 거예요.
제일 먼저 특수 상대성 이론을 알기 위한 첫걸음으로 우리는 시간과 공간이 무엇인지부터 알아야 해요.
우리가 늘 쓰는 단어인데도 시간이 무엇인지 말해보라고 하니 어떻게 말해야 할지 모르겠어요.
공간도 마찬가지예요.
사실 많은 학자들이 시간과 공간에 대해 정의하려고 했지만 간단하지 않았답니다.
그래서 시간과 공간의 정의에 대해 이야기하는 것보다 이 시간과 공간을 정확하게 측정하는 것이 우리에겐 더 중요한 일이랍니다.
참고로 아인슈타인은 “ 시간은 시계로 측정하면 된다 ” 고 말했답니다.
시간을 측정하려면 주기적으로 일어나는 사건이 필요한데, 우리 조상들이 사용한 방법 중 하나는 ‘ 날 ’ 을 사용하는 것이었어요.
‘날 ’ 즉 ‘ 하루’ 는 아침에 해가 떠오르고 나서 다음번에 다시 해가 떠오를 때까지의 시간을 말하는데, 해는 날마다 떠오르기 때문에 시간을 측정하는 데 안성맞춤이었어요.
하루보다 짧은 시간주기는 시간, 분, 초라는 단위를 이용해서 측정하고 하루보다 긴 시간 주기는 지구가 태양 주위를 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간인 1년을 이용해서 측정했답니다.
시계는 일정한 간격의 주기가 계속 반복되는 기계장치이므로 이를 이용해 시간을 측정할 수 있어요.
이런 시계에는 해시계부터 모래시계, 진자시계, 디지털시계 그리고 지금까지 나온 시계들 중에 가장 정확하다는 원자시계까지 다양한 종류가 있답니다.
공간을 측정하는 방법으로 우리는 '거리 ' 를 이용 합니다.
거리는 두 점 사이의 길이를 말하는데, 거리를 측정할 때는 ‘ 자 ’ 처럼 단단한 물체를 사용해요.
어떤 사람들이 일정한 길이의 막대를 만들고 그 길이를 1미터라고 정한 후, 모든 자는 이 막대와 동일한 길이 1미터를 기준으로 만들어 졌어요.
미터는 오늘날 모든 과학자가 사용하는 길이의 단위인데, 일부 나라들은 영국 도량형 - 인치, 피트, 야드 - 처럼 다른 측정 단위도 사용해요.
시간과 공간을 측정하는 방법을 배웠으니 이제는 물체가 얼마나 빨리 달리는지 속력을 잴 수 있어요.
물체의 속력은 달린 거리를 걸린 시간으로 나누어 구할 수 있죠.
그래서 속력을 구하기 위해서는 우리는 시간과 공간을 측정하는 법을 배워야 했어요.
물체에 속도(속력 ) 가 있다는 것은 그 물체가 움직인다는 뜻이고 속도가 0일때는 그 물체는 정지 상태에 있다는 뜻이랍니다.
자, 여기서 아인슈타인의 유명한 사고 실험에 대한 이야기가 나와요.
상대성 이론에 대해 설명할 때면 항상 빠지지 않고 등장하는 ‘ 기차 ’ 이야기예요
내가 기차 안에 있을 때와 밖에 있을 때는 상상해 보면 운동에 대해 좀 더 쉽게 이해할 수 있을 거예요.
이 기차에 대한 사고 실험을 통해 우리는 운동은 항상 어떤 것을 기준으로 삼아 그것에 대한 상대적 움직임으로 정의하고, 그 기준이 되는 것을 ‘ 기준 좌표계 ’라고 한다는 것을 배울 수 있어요.
기준 좌표계라는 것은 아인슈타인의 상대성 이론을 이해하기 위해 우리가 꼭 알아야 하는 개념이랍니다.
눈에 쏙쏙 들어오는 귀여운 일러스트와 함께 머리속에 쏙쏙 들어오는 쉬운 설명으로 우리는
상대성 이론을 배우기 위한 전제 조건인 시간과 공간이라는 것에 대해 알아보았답니다.
여기에 우리는 빛에 대해서도 알아야 합니다.
우주의 기본 법칙 중 하나는 빛이 항상 초속 30만 km로 일정한 속도로 달린다는 겁니다.
아인슈타인은 16세 때 빛과 함께 달리면 빛은 어떻게 보일까라는 상상을 통해서 빛의 속도에 대해 고민하기 시작해요.
무수한 사고실험을 통해 아인슈타인은 우리의 상태와 상관없이 빛은 언제나 ‘ 일정한 속도 ’ 로 움직인다는 것을 깨닫게 되요.
그래서 아인슈타인은 빛의 속도는 어떻게 측정하더라도 늘 일정하다는 것과 일정한 속도로 움직이는 기준 좌표계에서는 우주의 법칙들이 항상 똑같다는 두 가지 개념을 가지고 특수상대성 이론을 만들어 낸답니다.
실험 없이 오직 사고 실험과 직관만으로 이런 엄청난 이론을 만들어 낸 아인슈타인이 놀랍지 않나요?
어떻게 하면 재미있게 놀 수 있을까? 어떻게 하면 맛있는 음식을 먹을 수 있을지에 대한 사고실험에서 벗어나 우리도 이제 어떻게 하면 좀 더 나은 삶을 살 수 있을까? 어떻게 하면 좀 더 나은 사람이 될 수 있을까 이런 생각도 해 봐야 할 것 같아요.
특수 상대성 이론을 통해서 우리는 이런 것을 알 수 있어요.
움직이는 물체의 시간은 느려진다.
움직이는 물체의 길이는 줄어든다.
움직이는 물체는 질량이 늘어난다.
우리는 귀여운 일러스트 속 인물들과 함께 사고 실험을 통해서 아인슈타인이 주장한 상대성 이론의 내용이 정말 맞는지 확인할 수 있을 거예요.
시간이 절대적인 것이 아니라 상대적이다 라는 것을 사고실험을 통해 증명해내는 과정이 무척 짜릿하게 느껴져요.
어린 독자들이 보기엔 다소 어렵게 느껴질지 모르지만 우리의 눈에 보이지 않는 추상적인 개념을 생각을 통해 증명해 내는 과정은 무척 흥미롭게 느껴질 것이라 생각해요.
고등학교 시절 머리를 쥐어뜯으면서 공부했던 아인슈타인의 상대성 이론을 어렸을 때 이렇게 쉽고 재미있게 미리 알아볼 수 있었다면 그 시절에 그렇게 고통받지 않았을꺼란 생각이 드네요.
< 처음 읽는 상대성 이론 > 를 통해 쉽고 재미있게 아인슈타인의 상대성 이론에 대한 기본적인 내용에 대해 배울 수 있어서 좋았어요.
다른 책에 비해 아이들이 읽기 쉽도록 확실히 최대한 간결하게 설명하려고 노력한 점이 엿보이고, 귀여운 일러스트가 아이들의 시선을 사로잡아 확실히 집중력을 높여주는 것 같아요.
이 책을 읽다보면 과학이 어렵고 딱딱하기만 한 것이 아니라 우리의 실생활에 밀접하면서도 무척 흥미로운 학문이라는 것을 깨닫게 된답니다.
딱 하나 살짝 아쉬운 점은 아인슈타인의 사고실험을 애니메이션 동영상 같은 것으로 만들어서 QR 코드를 통해서 볼 수 있게 해주었다면 아이들의 흥미를 더 끌 수 있지 않았을까 하는 그런 아쉬움은 남네요.
이 책 외에도 처음 읽는 시리즈로 < 처음 읽는 양자 물리학 > 도 있는데, 이 책도 꼭 읽어보고 싶네요.
우리에게 어렵고 멀게 만 느껴지는 어려운 과학 이론들을 우리의 눈높이에 맞게 쉽고 재미나게 풀어서 이야기해 주는 이런 다양한 과학책들과 함께 과학의 매력에 푹 빠져보고 싶어요.
YES24 리뷰어클럽 서평단 자격으로 작성한 리뷰입니다.