2019년 6월 12일 수요일

[커세라] 아인슈타인 이해:특수 상대론

[커세라] 아인슈타인 이해:특수 상대론
Understanding Eistein: The Special Relativity Theory

상대성 이론에 대한 수많은 해설서와 강좌들이 있고 그중 몇가지를 들어봤지만 여전히 알 지 못한다(누군가에게 자신있게 설명 할 자신이 없는 것으로 봐서 그렇다) . 이번에 다시 도전해보기로 한다. 특이한 강좌 제목에서 보듯이 상대론을 머리 싸메고 공부하느니 아인슈타인을 이해해 보자고 한다. 그러자. 안따라가는 머리 탓하느니 차라리 그게 낳겠다. 총 8주짜리 강좌다.

이 강좌의 소개 글(Course Description)을 보면,

In this course we will seek to “understand Einstein,” especially focusing on the special theory of relativity that Albert Einstein, as a twenty-six year old patent clerk, introduced in his “miracle year” of 1905.

"기적의 해"라고 하는 1905년의 아인슈타인에게 무슨 일이 있었는지 특수 상대론이 무엇인지 '이해'해보자.

Our goal will be to go behind the myth-making and beyond the popularized presentations of relativity in order to gain a deeper understanding of both Einstein the person and the concepts, predictions, and strange paradoxes of his theory.

이 강좌의 목표는 아인슈타인에 관한 수많은 신화같은 이야기와 누구나 알지만 아무도 모른다는 '상대성이론'의 이면을 들여다보는 것이다.

Some of the questions we will address include:
이 강좌를 통해 다음과 같은 의문에 대해 생각해 보기로 한다.

How did Einstein come up with his ideas?
아인슈타인이 결론을 도출하는 과정은? 사고실험?
What was the nature of his genius? 자연은 본질은?
What is the meaning of relativity? 상대적이란 무슨뜻?
What’s “special” about the special theory of relativity?
'특수 상대론'에서 뭐가 "특수" 하다는 것인지?
Why did the theory initially seem to be dead on arrival?
그 이론이 처음에 주목밭지 못한이유?
What does it mean to say that time is the “fourth dimension”?
시간을 합쳐 4차원이라니?
Can time actually run more slowly for one person than another, and the size of things change depending on their velocity?
움직이는 속도에 따라 길이가 달라진다고?
Is time travel possible, and if so, how?
시간여행은 가능할까? 어떻게?
Why can’t things travel faster than the speed of light?
빛보다 빠르게 달릴 수 없다니 왜?
Is it possible to travel to the center of the galaxy and return in one lifetime?
은하 중심부까지 여행하고 살아서 돌아오는게 가능한가?
Is there any evidence that definitively confirms the theory, or is it mainly speculation?
상대론을 확실하게 증명할 실험증거가 있을까?
Why didn’t Einstein win the Nobel Prize for the theory of relativity?
왜 아인슈타인은 '상대성 이론'으로 노벨상을 못 탓을까?

이 강좌는 스탠포드 대학의 직무능력 개발원(Center for Professional Development)의 학업 프로그램(Academic Program)의 책임자인 래리 라거스트롬 박사다. 역사와 물리학을 공부하셨다고 한다. 문과생을 위한 상대론 이해 쯤 해당하는 강좌의 느낌이다. 어려운 수학에 메달리지 않겠단다. 필요한 수학은 고교 입학수준의 인수분해 정도다.

Course Outline

Week 1: Introduction and Einstein in Context
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Introduction

1. Why take this course?
2. Overview of the course
3. How to succeed in the course (or any course)
4. Rules of engagement
5. Math review

Einstein in Context

1. Week 1 introduction
2. Physics and Einstein circa 1900
3. To the miracle year
4. The miracle year
5. Week 1 final quiz

Week 2: Events, Clocks, and Reference Frames
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1. Week 2 introduction
2. Events, clocks, and observers
3. Spacetime diagrams
4. Frames of reference
5. A few more words on world lines
6. The Galilean transformation
7. Week 2 summary and final quiz

Week 3: Ethereal Problems and Solutions
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1. Week 3 introduction
2. Einstein’s starting point: the two postulates
3. A few words about waves
4. The Michelson-Morley experiment
5. Stellar aberration
6. Ethereal solutions
7. Week 3 summary and final quiz

Week 4: The Weirdness Begins
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1. Week 4 introduction
2. The relativity of simultaneity
3. The light clock, and exploring the Lorentz factor
4. Time dilation
5. Measuring length
6. What is not suspect, and the invariant interval
7. A real-life example: the muon
8. Week 4 summary and final quiz

Week 5: Spacetime Switching
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1. Week 5 introduction
2. Units for the speed of light
3. Exploring time dilation and length contraction (part 1)
4. The Lorentz transformation
5. Exploring the Lorentz transformation
6. Leading clocks lag, revisited
7. Exploring time dilation and length contraction (part 2)
8. Combining velocities
9. The ultimate speed limit
10. What happens with perpendicular velocities?
11. Week 5 summary and final quiz

Week 6: Breaking the Spacetime Speed Limit?
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1. Week 6 introduction
2. Spacetime diagrams revisited (parts 1-5)
3. Regions of spacetime
4. Faster than light?
5. Cause and effect, or vice versa?
6. Week 6 summary and final quiz

Week 7: Paradoxes to Ponder
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1. Week 7 introduction
2. Cause and effect: spacetime diagram
3. The pole-in-the-barn paradox
4. How objects contract, and spaceships on a rope
5. The twin paradox
6. Week 7 summary and final quiz

Week 8: To the Center of the Galaxy and Back
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1. Week 8 introduction
2. Traveling the galaxy (part 1)
3. The famous equation
4. Traveling the galaxy (part 2)
5. The happiest thought
6. The bending of light
7. Final comments
8. Week 8 summary, course recap, and final quiz

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