세상을 바꾼 물리학

물리의 흐름을 알면 현재와 미래의 과학 이론이 보인다!
과학사 교수이자 영재 교육 전문 교사가 알려 주는 물리의 역사!

일반적으로 ‘과학’이라는 분야는 절대적이고 변하지 않는 진리를 품고 있는 것처럼 여겨진다. 하지만 학문은 오랜 기간 동안 다양한 이론이 등장함으로써 형성되고 변화한다. 자연과학도 예외가 아니다. 과학 시간에 배우는 과학 개념은 많은 과학자가 세상을 이해하는 방식을 찾기 위해 서로 논쟁하고 검증하는 과정을 거쳐 정리한 것이다.
〈세상을 바꾼 과학〉시리즈는 과학 교과서 속의 이론들이 어떻게 만들어졌는지 이야기를 통해 들려준다. 이 책에서 저자는 현재의 과학 이론을 과학의 역사에 자연스럽게 녹여 내 쉽고 재미있게 익힐 수 있도록 했다. 또한 책에 실린 귀여운 삽화와 다채로운 시각 자료들은 독자가 과학을 다양한 각도에서 더욱 풍부하게 이해하도록 돕는다.
시리즈의 첫 번째 권인 《세상을 바꾼 물리학》에서는 빛과 물체의 운동, 에너지, 양자역학 등 물리의 핵심적인 개념들을 다룬다. 고대 그리스의 아리스토텔레스부터 오늘날의 상대성 이론까지, 옛사람들이 어떻게 세상을 해석했는지, 그 설명 방식이 왜 바뀌어야 했는지를 따라가 본다. 물리 역사의 흐름을 함께 지켜보다 보면 이전에는 어렵게만 느껴지던 물리를 자연스럽게 이해하며 비판적으로 사고하는 법을 익히게 될 것이다.

과학사 교수이자 영재 교육 전문 교사가 알려 주는 물리의 역사!
과학의 역사와 이론을 연결해 기존 과학사 책의 한계를 뛰어넘다!
뉴턴이 떨어지는 사과에 영감을 받아 중력을 떠올렸다는 일화를 모르는 사람은 없을 것이다. 하지만 뉴턴은 흔히들 알고 있는 것처럼 혼자 천재성만으로 중력을 떠올린 것이 아니다. 뉴턴은 자신이 ‘거인의 어깨 위에 올라서 있었기 때문’에 위대한 업적을 세우는 것이 가능했다고 말했다. 그는 이전의 과학자에게서 영향을 받아 자신의 이론을 만들었고, 그 또한 이후의 과학자의 이론에 많은 영향을 끼쳤다.
이처럼 과학 수업 시간에 배우는 과학 이론은 과거의 수많은 과학자들이 서로 영향을 주고받으며 형성된 것이다. 따라서 과학 이론의 변화 과정을 살펴보는 것은 과학 개념을 이해하는 가장 좋은 방법이다. 하지만 대다수 기존 과학사 도서는 이런 영향을 통합적으로 보여 주기보다는 흥미로운 일화와 위인 중심의 단편적인 이야기만을 싣고 있다. 이런 방식으로는 현재의 과학 이론과 역사를 분리해 보게 된다.
저자 원정현 교수는 독자가 과학사를 통해 과학의 개념을 배울 수 있도록 둘 사이의 균형점을 찾아냈다. 저자는 과학사학자이자 과학 영재 교육을 담당하던 중학교 교사로서, 과학 교육에 과학사를 재미있게 접목할 방법을 오랜 기간 고민해왔다. 그 고민의 결과물이 바로 〈세상을 바꾼 과학〉 시리즈이다. 이 시리즈에서 과학의 역사와 과학적 개념이 유기적으로 연결되어 서로를 보완한다. 〈세상을 바꾼 과학〉 시리즈는 과학 이론이 어떻게 만들어졌는지를 다양한 각도에서 조명하여 과학이라는 과목을 좀 더 깊이 있게 이해할 수 있도록 도와준다.

현재의 이론을 이해하기 위해서는 역사를 알아야 한다!
고대 그리스부터 현재까지, 질문에 대한 답을 찾아가는 과학자들을 만나다!
자연과학은 자연 현상이 왜, 어떻게 일어나는지 질문을 던지는 것으로 시작되었다. 〈세상을 바꾼 과학〉 시리즈에서는 과학을 물리, 화학, 생물, 지구과학 분야로 나눈 뒤, 그 분야의 중요한 핵심 개념들이 변화해 가는 과정을 좇는다. 책에서 다루는 과학의 핵심 개념은 과학 교과서를 참고하여 선별했다. 그만큼 과학을 이해하는 데 있어 기본적이고도 중요한 이론들이다. 옛사람이 세상을 이해하는 방식이 달라지는 과정을 따라가다 보면 자연스럽게 오늘날의 과학에 이른다.
〈세상을 바꾼 과학〉의 첫 번째 권인 《세상을 바꾼 물리학》은 고대 그리스의 자연철학자 아리스토텔레스에서부터 시작한다. 위로 던진 물체가 아래로 떨어지는 현상을 설명하기 위해 애쓰던 자연철학자의 노력은 갈릴레오를 거쳐 뉴턴에 이르러 중력의 개념을 탄생시킨다. 근대의 과학자들은 빛의 본질을 두고 치열하게 논쟁하였다. 에너지 보존 법칙을 발견하기도 하고, 전기와 자기를 각각 연구하다가 결국 둘이 같은 현상이라는 사실을 깨닫기도 한다. 이 책은 양자역학과 상대성 이론이라는 매우 중요한 최신 과학 이론도 빼놓지 않는다. 과학자들이 기존의 이론을 비판하고 수용하고, 발전시키고, 새로운 이론을 내놓으며 과학을 정립해 온 역사를 함께 살펴보자!

다양한 자료로 과학을 쉽고 재미있게 이해하다!
《세상을 바꾼 물리학》은 독자의 이해를 돕기 위해 다양한 장치를 적극적으로 활용했다. 역사 현장을 담은 사진은 과학적 발견들을 생생하게 체험하게 하며, 본문 중간에 들어가는 도식과 삽화는 어렵게 느껴질지도 모를 내용을 쉽게 풀어준다. 또한 본문의 핵심적인 내용을 정리해 주는 메모들은 핵심적인 과학 개념과 역사적 배경을 놓치지 않게 해 줄 것이다.
각 장의 끝부분에는 본문에서 다루지 못한 짧고 재미있는 이야기들을 덧붙였다. 뉴턴과 라이프니츠는 왜 논쟁했는지, 과학자의 이름을 딴 단위에는 무엇이 있는지, 상대성 이론은 어떻게 실생활에 적용되고 있는지 등 흥미로운 주제의 이야기는 방대한 과학의 역사 속에서 숨을 고를 수 있는 쉼터 역할을 한다. 또한 각 장에서 다룬 내용을 정리하는 코너도 마련하여 내용을 되짚어 볼 수 있다. 이 책으로 과학의 역사와 과학 이론을 통합적으로 이해하는 시선을 갖춘다면, 과학적이고 비판적으로 사고하는 힘도 자라날 것이다.  

원정현
서울대학교 사범대학 생물교육과를 졸업하고, 미국 일리노이대(University of Illinois at Urbana-Champaign)에서 교육학으로 석사학위를 받았다. 서울대학교 자연과학대학 과학사?과학철학 협동과정에서 ‘20세기 한반도 지질학 지식의 형성과 재구성’으로 박사학위를 받았다. 자연사 분야 중 분류, 고생물학, 진화와 관련된 연구를 계속하고 있다.
영재교육원 강사로서 과학사와 과학 개념을 연결하는 수업을 꾸준히 시도해 왔다. 고등학교 과학사 교과서를 집필했고, 영재고등학교 과학문명사 교과서 편찬 프로젝트에도 참여하기도 했다. 과학 교육을 천직으로 생각해 청소년들에게 계속 과학을 가르치고 있으며, 동시에 홍익대학교 공과대학 겸임교수로서 대학생들에게 과학사를 강의해 왔다.

 

저자의 말
 들어가는 글

Chapter 1 물체는 왜 아래로 떨어질까? | 자유 낙하 법칙의 발견
• 물건들이 자기 자리를 찾아간다고?
• 중세, 근대역학의 씨앗을 품다
• 갈릴레오, 운동 연구에 수학을 이용하다
• 갈릴레오가 근대역학을 시작하다

Chapter 2 갈릴레오, 새로운 우주관을 찾아 나서다 | 관성과 근대역학의 시작
• 지구가 태양을 돌기 위해 새로운 역학이 필요해지다
• 땅은 움직이고, 우리도 함께 움직인다
• 운동과 정지 상태는 관찰자에 따라 결정된다
• 갈릴레오, 근대역학을 시작한 사람

Chapter 3 뉴턴, 달과 사과를 잡아당기는 힘을 밝히다 | 중력과 과학 혁명의 완성
• 뉴턴, 다양한 학문을 연구하며 세상의 진리를 탐구하다
• 과학사 사상 최고의 걸작 《프린키피아》의 탄생
• 운동을 정의하고 증명하다
• 중력, 모든 운동을 설명하는 힘
• 뉴턴이 근대역학을 확립해 온 세상을 밝히다

Chapter 4 무지개를 만드는 빛의 정체를 찾아라! | 빛의 성질과 광학
• 보이지 않는 입자로 가득 찬 데카르트의 세계
• 뉴턴, 프리즘으로 빛을 실험하다
• 빛은 입자일까, 파동일까? 과학자들의 편이 갈리다
• 빛에 대한 논란, 최후의 승자는?

Chapter 5 자석과 번개가 같은 현상이라고? | 전자기 유도 법칙과 전자기학
• 나침반은 왜 늘 북쪽을 가리킬까?
• 전기에도 종류가 있다? 없다!
• 전기를 저장하고 수학으로 표현하다
• 개구리 뒷다리가 가져온 전기 연구의 새로운 길
• 전선 옆에 있는 나침반은 왜 움직일까?
• 모든 전기와 자기 이론이 하나로 통합되다
• 맥스웰의 전자기 이론, 19세기 과학을 바꾸다

Chapter 6 증기가 기계를 움직일 수 있다니! | 에너지 보존 법칙과 열역학
• 열을 측정할 도구를 만들다
• 열을 지닌 신비한 물질, 칼로릭
• 카르노, 증기 기관의 원리를 연구하다
• 세 과학자가 동시에 에너지 보존 법칙을 만들다
• 계속해서 증가하는 우주의 혼돈, 엔트로피 개념이 탄생하다
• 에너지 개념, 물리학을 형성하다

Chapter 7 상자 속의 고양이는 살았을까, 죽었을까? | 코펜하겐 해석과 양자역학
• 에너지가 작은 덩어리라고?
• 모든 물질은 파동의 성질을 지녔다
• 양자역학, 학문적 기초를 다지다
• 솔베이 회의에서 양자역학의 표준 해석이 탄생하다
• 양자역학으로 순간 이동을 꿈꾸다

Chapter 8 시간과 공간의 비밀을 밝혀라! | 상대성 이론
• 기차역의 시간 계산이 상대성 이론을 탄생시키다
• 빠르게 움직일수록 시간은 느려진다
• 공간이 휘어서 중력이 생긴다고?
• 중력파 관찰로 상대성 이론을 증명하다

 참고 자료
 사진 출처