교양으로 읽는 물리학 강의

▣ 출판사서평

아주 작은 것에서부터 아주 큰 것으로의 여행,
원자와 우주의 신비로운 조화를 이야기하다!

지금 우리는 현대문명의 급격한 변화를 온몸으로 체험하고 있다. 복잡하고도 먼 곳에서 찾을 필요도 없이 우리나라 전체 인구의 80퍼센트가 넘게 사용하고 있는 대표적인 통신수단인 스마트폰의 발전 과정만 살펴보아도 쉽게 이해할 수 있다. 1973년 세계 최초로 휴대전화가 발명된 이후 PC와 같은 기능과 더불어 고급 기능을 제공하는 스마트폰에 이르기까지의 눈부신 발전 과정은 가히 통신수단의 혁명이라 할 수 있다. 또한 언론 매체에서 세계 강대국의 화성을 비롯한 우주 탐사에 대한 소식을 심심치 않게 접하는 세상에 살고 있다.
사실 과학의 변화는 오랫동안 더디게 진행되었지만 때가 무르익는 순간, 과학이 만들어낸 기술의 변화는 이렇듯 세상을 전혀 다르게 바꾸어놓고 있다. 생활에 편리한 온갖 다양한 기기가 개발되어 가정에서는 로봇과 인터넷, 컴퓨터가 점점 많은 부분의 역할을 담당하고 있다. 인류의 수명 또한 점차 연장되고 있다.
과학혁명이 인류의 생활을 이렇게 어마어마하게 바꿔놓은 것을 생각해보면 우리가 살고 있는 이 지구를 둘러싼 우주가 앞으로 어떤 모습으로 우리에게 다가올지 가끔 궁금해지는 것은 어쩌면 당연한 일인지도 모른다. 하늘 저 멀리 떠 있는 별은 우주 공간으로 가로막혀 있어 우리와는 무관한 것처럼 보였지만, 이제는 우리와 별이 모두 한배를 타고 있다는 것이 점차 확실해졌다. 우주는 장엄한 역사를 이루어가고 있고, 인류 역시 그 안에서 숨 쉬고 활동해왔다.
이 책『교양으로 읽는 물리학 강의』는 하늘에 있는 태양과 달을 보고, 이것들을 신적인 존재가 아니라 하늘의 운행 원리에 따라 움직이는 물체로 보았던 과학자들이 마침내 인간의 언어로 자연과 소통할 수 있는 기본 원리를 찾아내는 과정을 담아냈다. 신화나 상상 속에 있던 광활한 우주가 인간이 이해할 수 있는 영역으로 바뀌는 과정과, 물질 속에 숨어 있던 원자와 분자를 끌어내어 일상생활의 영역으로 들어오게 되는 과정을 살펴보면 과학적 사고방식이 인류의 역사에 얼마나 중요한 역할을 했는지 새삼 놀라울 뿐이다.
이렇듯 현대문명의 이면에 있는 과학적 사고방식의 전개 과정에 초점을 맞춘 이 책은 우리 주변은 물론, 원자 속 깊은 곳과 우주에 이르는 광대한 범위를 한 가지 방식으로 이해할 수 있게 된 능력이 어떻게 서구의 전통 속에서 가능하게 되었는지에 대해 살펴볼 수 있는 과학 교양서라 할 수 있다.


현대과학의 꽃, 물리학을 보다 쉽게 이해하고,
과학혁명의 과정을 진지하게 되짚어보다!

현대과학에 대한 기본 이해가 없는 상태에서 국가의 정책 방향이 결정된다면 어떠한 결과를 가져오게 될까? 물질적 풍요와 과학기술로 만들어진 결과에만 집착한 나머지 그 이면에 놓인 과학정신과 과학자들이 추구하는 의의를 제대로 헤아리지 못한 채 국가정책을 결정한다면 훗날 어떤 상황을 맞이하게 될까?
저자는 이러한 위기의식에서 한국의 과학계가 지향하고 있는 과학정신에 대해 좀 더 진지한 고민이 필요하다고 강조한다. 이러한 점을 염두에 두고 저자는 우리가 새롭게 만들어야 할 과학적 전통과 훈련 그리고 창의적 아이디어를 전개할 수 있는 환경을 마련하는 데 보탬이 되고자 이 책을 집필했다. 따라서 고등학교에서 인문교육을 받은 사람이라면 누구나 읽을 수 있는 수준으로, 지난 수년 동안 전북대학교와 서강대학교 인문·사회계 학생을 대상으로 강의한 내용을 바탕으로 썼다.
이 책은 한마디로 우주와 물질에 대한 인식의 변화가 어떤 방향으로 이루어져왔는지를 다루고 있다. 과학자들, 특히 물리학자들이 어떤 철학과 안목으로 자연을 대해왔는지, 자연을 바라보는 사고방식의 결과가 어떻게 자연법칙에 실증적으로 적용되고 있는지를 자세히 다루고 있다.
1장은 이 책의 서론에 해당되는 부분으로 하늘에서부터 물질 속을 보기까지의 노력을 개괄적으로 다룬다. 2장부터 4장까지는 하늘의 움직임에 대한 이야기다. 만유인력을 찾아내는 과정과 만유인력이 과학사에서 차지하는 의미를 중점적으로 다룬다. 5장은 약간 특이한 부분이다. 과학자들보다 앞선 예술가들의 상상력이 어떻게 발현되었는지를 보여준다. 2장부터 5장까지를 1막이라고 한다면 6장부터 9장까지는 2막에 해당한다. 여기에서는 물질에 대한 지식을 얻는 과정이 나온다. 전하가 일상생활의 도구로 변하게 된 과정, 열을 통해 분자의 운동을 유추해내는 과정, 그리고 원자 세계의 특이한 모습이 드러나는 과정 등을 소개한다. 마지막으로 10장부터 14장은 3막에 해당한다. 원자 세계에 적용되는 물질의 법칙과 시공간을 다루는 하늘의 법칙이 하나로 통합되는 과정을 담고 있다. 광속이 특별하다는 것을 깨닫게 된 특수상대론, 만유인력을 시공간의 기하학으로 바꾸어놓은 일반상대론, 핵에너지를 이용하여 빛을 내는 원소를 만드는 별 이야기, 그리고 삼라만상을 만드는 기본 입자와 기본 힘에 대한 내용을 다룬다. 마지막으로 물질과 하늘의 법칙이 본래 하나가 되는 우주의 과거와 현재, 그리고 미래의 역동적인 모습을 다룬다.
본문 중간 중간에 등장하는 ‘읽어보기’는 본문의 흐름을 끊지 않으면서 약간의 설명을 추가하기 위해 넣은 글이다. 주로 본문에서 나오는 예를 추가하거나 간단한 설명을 덧붙였다. 또 ‘생각해보기’는 본문에 나오는 내용을 읽은 독자라면 한 번쯤 곰곰이 생각해보아야 하는 질문을 제시하고 있다.
저자의 바람처럼, 과학에 대해 조금이라도 관심 있는 독자라면 이 책을 통해 과학에 대한 흥미로움을 발견하는 것은 물론, 물리학을 중심으로 일어난 과학혁명에 대해 진지하게 생각하고 스스로 질문할 수 있는 계기가 되었으면 좋겠다.

▣ 작가 소개

저자 : 임채호
서울대학교 물리학과를 졸업하고 미국 스토니브룩 대학교(뉴욕 주립대)에서 박사학위를 받았다. 미국 시애틀 워싱턴 대학교 및 MIT 방문학자와 전북대학교 물리학과 교수를 거쳐 현재 서강대학교 물리학과 교수로 재직 중이다. 주로 고에너지 물리에서 나오는 양자론과 우주 초기를 다루는 양자 중력을 해석학적 방법론으로 연구하고 있다. 지은 책으로는 『등각장론』, 『물리학의 세계』 등이 있다.

▣ 주요 목차

저자의 글/ 이 책을 읽기 전에
서막
1장 우주란 과학자에게 무엇인가
하늘의 움직임을 알아낸 과학자의 눈/ 원자 세계의 등장/ 원자와 우주의 만남 : 빅뱅
1막
2장 밤하늘을 정리한 케플러
프톨레마이오스와 코페르니쿠스의 차이/ 브라헤와 케플러의 운명적 만남/ 케플러가 찾은 행성의 궤도
3장 갈릴레오의 멈추지 않는 기차
물체는 왜 정지하는가/ 아름다운 수와 유클리드 공간 / 시간의 패러독스
4장 천상천하의 만유인력
『프린키피아』/ 하늘과 땅에서의 움직임을 같은 원리로 설명하다/ 지구와 태양, 지구와 달/ 지구의 무게는 어떻게 잴까/
만유인력의 위력과 기계적인 우주
5장 미술로 우주를 그려내다
14세기 이전/ 원근법의 시대/ 19세기 이후

2막
6장 노다지가 된 전하
전하의 등장/ 전자석의 마술/ 도체판에 생기는 맴돌이 전류/ 전자파의 발견/ 전자파를 이용하다
7장 엔트로피
기체와 증기기관/ 카르노가 만든 열기관/ 기체의 압력은 분자가 만든다/ 통계로 보는 분자운동
8장 원자 세계의 양다리
빛의 새 이름 _광자/ 전자는 입자인가?/ 불확정성 원리/ 슈뢰딩거의 고민
9장 원자가 만드는 천상의 음악
원자의 스펙트럼/ 슈뢰딩거 방정식/ 전자는 페르미온/ 빛과 레이저

3막
10장 우주의 절대 제한속도 c
에테르는 존재하는가?/ 추월할 수 없는 속도/ 시간과 공간은 하나로 묶여 있다/ 질량은 에너지, E=Mc2
11장 블랙홀과 휘어지는 시공간
시공간, 어떻게 보아야 하나?/ 휘어지는 시공간/ 휘어지는 빛, 느려지는 시계/ 시간이 멈추는 별, 블랙홀
12장 별빛이 된 핵에너지
별은 원소 공장이다/ 지구는 원소를 저장하는 창고다/ 핵 발전
13장 세 개로 된 삼라만상
삼라만상/ 렙톤/ 쿼크와 하드론/ 힘을 전달하는 광자와 게이지 보존/ 진공이 변하고 질량이 나타나다
14장 우주와 원자의 대통합
우주의 현재 모습/ 우주의 과거 모습/ 우주의 미래 모습

맺는 글/ 찾아보기