돌파하는 과학

“혼란스러운 암흑기에도, 눈부신 성장기에도

과학은 어떻게 끝내 답을 찾는가?”

질문·도전·정복·한계·최전선

5번의 대전환으로 다시 읽는 과학의 역사

오늘날 우리는 정보가 넘쳐나는 시대에 살고 있지만 진정한 해답을 얻기란 여전히 어렵다. 경제 불안, 기술 혁신, 기후 변화 등 불확실성이 지배하는 이 시대에 어떻게 돌파구를 찾을 것인가? 《돌파하는 과학》은 그 해답으로 질문, 도전, 정복, 한계, 최전선이라는 키워드를 제시하며 5번의 변곡점마다 실패와 전진을 반복하며 발전해온 과학의 역사에 주목한다.

과학사의 첫 번째 전환은 질문에서 시작됐다. 신이 노해서 자연재해가 일어난다고 믿었던 고대, 자연철학자들은 ‘세상은 무엇으로 이루어져 있는가’를 끝없이 질문하며 자연에 관한 합리적 설명을 시도했다. 두 번째 전환점은 과학혁명으로, 갈릴레이, 코페르니쿠스 등이 불변의 진리로 여겨지던 천동설에 도전했다. 마침내 근대에 들어 세 번째 전환점인 산업혁명이 일어났고 뉴턴, 라부아지에 등의 뛰어난 학자들이 등장해 오늘날과 같은 과학의 기틀을 마련했다. 사람들은 세상의 모든 비밀을 밝혔다고 자부했다. 그러나 20세기 들어 자외선 파탄, 우주배경복사 등 새로운 관측 결과를 마주하면서 고전과학은 한계에 부딪혔다. 네 번째 전환기인 현대는 과학사에서 가장 큰 혼란기인 동시에 동시에 상대성이론, 양자역학, 물리화학 등 놀라운 지적 성취를 이룩한 발전기이기도 하다. 이제 우리는 다섯 번째 전환점이자 지금 이 순간에도 연구되고 있는 AI, 양자컴퓨터, 나노기술, 우주탐사 등 미래 첨단기술에 주목한다. 과학기술이 인류의 지성을 뛰어넘는 ‘특이점’은 올 것인가? 인류의 미래는 어떤 모습일까?

《돌파하는 과학》은 문명의 여명기부터 현대의 복잡하고 예측 불가능한 세계에 이르기까지, 과학이 어떻게 실질적인 답을 제시해왔는지 체계적으로 탐구한다. 특히 기존 레거시가 무너지고 하루가 멀다 하고 새로운 지식이 쏟아지는 세상에서 우리는 쉽게 불안에 빠진다. 그러나 과학의 세계에서 변화는 기본값이며, 위기는 가장 큰 발전의 기회다. 어느 때보다 과학적 호기심이 절실한 시대, 이 책을 통해 과학의 역사를 새롭게 따라가며 끝내 답을 찾는 과학의 힘을 내 것으로 만들어보자.

지은이 : 용문중

포항공과대학교 신소재공학과에서 학사 학위와 고분자를 이용한 세포 내 분석 방법 연구로 박사 학위를 받았다. 학위 과정에서 물리학, 광학, 생물학, 화학 등의 학제간 연구로 논문을 발표하면서 각 학문의 필요성과 역사에 관심을 갖게 되었고, 다양한 과학 지식을 쉽게 설명하는 글에 흥미가 많다. 현재는 대기업 엔지니어로 근무하는 중이다.

감수 권석준

서울대학교 공과대학 화학생물공학부에서 학사와 석사 학위를, 매사추세츠공과대학 화학공학과에서 박사학위를 받았다. 한국과학기술연구원(KIST) 첨단소재연구본부 책임연구원을 지냈으며 현재 성균관대학교 화학공학과에서 연구하며 학생들을 가르치고 있다.

들어가며: 결국 답을 찾는 힘

1부. 복잡한 세상을 꿰뚫는 질문:

과학의 여명

1장 최초의 탐구: 고대 그리스와 자연철학

과학은 어디에서 탄생했을까? | 과학의 아버지 탈레스 | 세상은 무엇으로 이루어져 있는가 | 숫자로 바라본 세계

2장 생각의 탄생: 아리스토텔레스

진리를 꿈꾼 고대 그리스 철학자들 | 거의 모든 지식의 개척자

3장 무기가 되는 지혜: 로마 시대와 실용과학

헬레니즘 문명과 실용주의 | 논밭의 크기를 어떻게 잴 것인가 | 복잡한 우주에 원 하나만 더하면 | 인간의 힘으로 질병을 치료하다

2부. 신의 질서에 도전하다:

중세부터 과학혁명까지

1장 더 합리적인 설명을 찾아서: 연역법 대 귀납법

직접 관찰한 현실에서 출발하라 | 천장에 붙은 파리의 위치를 설명하는 방법 | 베이컨과 데카르트가 과학자가 아닌 철학자로 불리는 이유

2장 우주의 중심을 둘러싼 싸움: 코페르니쿠스의 과학혁명

신의 질서는 단순하다 | 지구가 우주의 중심에서 물러나다

3장 천상의 법칙을 밝혀낸 인간: 브라헤의 관측과 케플러의 탐구

하늘에 새로운 별이 뜨다 | 별의 움직임을 풀이하는 한 줄의 방정식

4장 언제나 진실만을 좇아서: 최초의 근대과학자 갈릴레오 갈릴레이

그래도 지구는 돈다 | 떨어지는 공에 숨은 운동법칙

5장 혁명을 완성하다: 뉴턴의 물리학

가장 위대한 과학자 | 왜 달은 지구로 떨어지지 않는가 | 고전역학: 지상과 천상을 통합하다 | 신이 ‘뉴턴이 있으라’고 말씀하시매

3부. 정복을 꿈꾸다:

격변을 이끈 근대과학

1장 에너지 혁명: 산업혁명과 증기기관

세상을 바꾼 엔진 | 열이란 무엇인가 | 뜨거운 물체는 왜 항상 차가워질까? | 우주 어디에서든 통하는 법칙

2장 물질의 신비를 풀다: 플로지스톤부터 주기율표까지

2,000년 넘게 던진 질문 | 불타는 수수께끼 | 화학의 기초를 세우다 | 최선의 이론을 위한 집요한 탐구 | 연금술의 꿈이 실현되다 | 미지의 원소를 찾는 마법 지도 | 인류의 구원자이자 파괴자

3장 우리는 어디서 왔나?: 진화론과 멘델의 유전법칙

비글호에 오르다 | 진화론의 탄생 | 살아남은 것은 우수하다는 오해 | 완두콩에서 발견한 유전법칙

4장 빛을 손에 넣다: 전자기학의 발전

번개와 개구리 뒷다리의 공통점 | 하나씩 밝혀진 전기의 정체 | 전자기학의 개척자가 된 서점 직원 | 마침내 빛까지 통합하다

4부. 한계 너머:

현대과학의 새로운 지평

1장 모든 것이 무너지다: 미궁에 빠진 고전물리학

현대물리학은 왜 어려울까? | 미지의 광선 | 가장 위험한 빛 | 난제 1. 대체 원자는 어떤 구조를 갖는가? | 난제 2. 빛과 에너지의 관계를 어떻게 설명할 것인가?

2장 다 알 수는 없다: 양자역학의 부상

파탄 난 고전역학 | 불연속성과 불확정성 | 일단 그런 것으로 해두자

3장 시공간이 휘어지다: 아인슈타인 이론과 거시세계 물리학

좀더 골치 아프게 시간여행 하는 법 | 빛의 속도는 일정하다: 특수상대성이론 | 시공간을 휘게 하는 힘: 일반상대성이론 | 13억 광년을 건너온 파동

4장 창조자의 자리를 넘보다: 현대생물학의 발전

생물학의 아주 짧은 역사 | 무엇이 우리를 살아 있게 하는가 | 유전정보의 저장소 | DNA 구조를 밝혀내다 | 인간 게놈 프로젝트, 생명의 지도를 찾아서 | 생명을 마음대로 편집할 수 있다면

5장 우주의 기원: 빅뱅 이론과 우주 팽창

우주에서 온 신호 | 별빛이 모두 꺼지면

5부. 가보지 않은 길:

불가능에 도전하는 과학의 최전선

1장 보이지 않는 것을 예측하라: 나노기술과 입자물리학

원자보다 작은 세계: 전자현미경 기술 | 분자로 만든 로봇 | 더 촘촘한 시간으로 보다: 방사광가속기의 탄생

2장 패턴을 파악하라: AI기술이 밝히는 인간 지능의 비밀

아주 커다란 계산기 | 인간의 뇌를 모방하다 | AI가 완벽하다는 착각 | 이론상 가장 뛰어난 컴퓨터 | 컴퓨터에 들어간 슈뢰딩거의 고양이 | 특이점은 올 것인가

3장 신의 입자: 현대물리학의 첫 번째 도전

원자보다 더 작은 세계로 | 우주를 이루는 입자 | 암흑 너머의 진리

4장 정말 다 알 수 없는가: 현대물리학의 두 번째 도전

아주아주 큰 세계와 아주아주 작은 세계 | 과학자들의 꿈, 모든 것의 이론

나가며: 내일로 나아가기 위한 과학적 태도

주석