인물과 실험을 통해 과학적으로 사고하고 생각하는 힘을 키워주는 책!

프롤로그

1부_물리학을 만나다
1장 : 아리스토텔레스와의 대화
2장 : 뉴턴과의 대화
3장 : 맥스웰과의 대화

2부_실험으로 들여다본 물리학의 세계
1장 : T자 모양 핸들의 회전
2장 : 동극 모터(homopolar motor)
3장 : 물이 만든 다리
4장 : 루퍼트 왕자의 눈물방울(Prince Rupert’s Drop)
5장 : 마찰 발광(triboluminescence)
6장 : 생물 발광(bioluminescence)
7장 : 지구형 행성 탐색(TRAPPIST-1)

참고 문헌

고전 물리학자들의 대화를 통해 물리학의 변천과정을 들여다 본다!
아리스토텔레스, 뉴턴, 맥스웰을 차례로 만나면서 옛날 사람들의 자연에 대한 생각의 변천 과정을 살펴본다. 아리스토텔레스와의 대화에서는 아리스토텔레스와 실존 인물들의 가상의 대화를 통해 4원소설과 우주론을 중심으로 고대 그리스의 자연관을 탐색한다. 학교에서 배우는 과학 과목에는 아리스토텔레스의 이론이 사실상 배제되었는데, 아리스토텔레스의 자연관 중에는 오류로 밝혀진 것들이 더 많기 때문이다. 흥미롭게도 오늘날 학생들이 가장 많이 가지고 있는 과학 오개념들은 아리스토텔레스의 관점과 일치하는 경우가 많다. 아리스토텔레스는 그만큼 일상적인 상식과 직관에서 자신의 이론을 빚었기 때문이다. 그렇다면 아리스토텔레스의 잘못된 자연관으로부터 무엇을 배워야 할까? 우리가 여기서 관심 있게 지켜보아야 할 것은 특정 지식이 맞았는지 틀렸는지가 아니라 자연 과학 철학의 시작이 되었던 아리스토텔레스의 사고 틀을 알아차리는 데 있다. 일일이 따져보는 사고의 원류이자, 확인되는 유효한 정보를 모아서 통합된 체계를 만드는 시도의 원조로서 말이다.
뉴턴과의 대화에서는 만유인력과 광학에 대한 뉴턴의 연구를 살펴보고, 아리스토텔레스의 자연관이 뉴턴의 기계론적 역학을 따르는 우주관으로 정립되는 전환을 탐색한다.
맥스웰과의 대화에서는 전자기학과 기체 운동에 관한 맥스웰의 연구를 통해 역학적 세계관의 장이론(field theory)적 확장과 확률적 역학관의 등장을 만난다. 우리는 여기서 현대 물리학의 어렴풋한 전조도 목격한다. 뉴턴과 맥스웰이 밝힌 자연 법칙은 당연히 아리스토텔레스의 자연관과는 비교할 수 없이 오늘날의 과학 문명과 직접적인 연관성이 있지만, 강조하고 싶은 것은 그들이 생산한 지식의 내용보다 그들이 어떻게 관찰과 실험을 통해 수집한 정보를 활용하여 그러한 지식을 생산하게 되었는지 이성의 사용법을 돌아보는 것이다.과학적 사고 과정을 통해 세상을 새롭게 바라본다!
2부에서는 1부에서 드러내고자 했던 과학적 사고 과정을 현대로 옮겨 와 독자 스스로 음미해 보도록 하였다. 언뜻 이해하기 힘들어 보이는 실험을 제시한 후 과학자들의 생각법을 이 실험들에 적용했다. 2부에 등장하는 실험들은 물질-빛-에너지를 아우를 수 있는 현상들로, 종합적이고 흥미로운 설명을 제공할 수 있는 것들로 주로 선정하였다. 이 실험들을 이해하는 과정 중에 1부에서 만났던 과학적 안목이 때로는 명시적으로 때로는 암시적으로 반복된다. 필자들이 이 현상들을 풀어 나가면서 배경 지식들이 맞물려 최종적으로 현상이 이해되는 경험을 독자들이 누리기를 바란다. 지식과 지식을 연결하기 위해 하나하나 따져 가며 논리를 전개했던 과학자들의 사고방식을 따라가 보는 것이다. 이런 과정을 거쳐서 조금씩 과학을 하는 맛을 알게 되고, 과학을 바라보는 눈이 생긴다. 과학을 하는 과정을 통해 세상을 새롭게 바라보고, 스쳐 지나갔던 현상에서 질문을 발견하고, 내가 가진 지식을 하나씩 맞추어 나가다 보면 어느덧 새로운 지식에 이르게 된다. 이 과정을 배우는 것이 과학을 배우는 목적이다. 교과서에 갇힌 과학을 실제 현상에 적용해서 온 몸으로 느끼는 책!
이 책은 대중에게 잘 알려지지 않았으나 겉보기에 신기한 실험이나 현상을 소개하여 과학에 대한 흥미를 다시 일깨운다.
현재 시중의 과학책은 일반인을 대상으로 한 유명한 외서와 이론 설명에 치중한 책, 혹은 미래 기술을 소개한 책이 대부분인 반면 과학 실험 분야의 도서는 많이 부족한 실정이다. 특히 과학 실험에 관한 책으로는 집에서 간단히 할 수 있는 실험을 소개하거나, 익히 잘 알려진 실험에 관한 책뿐이다. 학교에서 교과서로 배우는 과학 외에는 접할 기회가 거의 없는데, 교과서는 주로 이론에 집중하고 있고 다루는 실험도 호기심과 상상력을 자극하기보다 매우 단순하고 지루한 것으로 곧잘 받아들여진다. 이렇게 현상과 괴리되어 이론만 배운 과학은 과학적 사고방식을 낳지 못하고 쪼개어진 지엽적인 지식들로 끝나버린다.
하나의 현상을 단 하나의 개념만으로 설명할 수 있을까? 가령 ‘물이 만든 다리’라는 실험의 원리를 설명하면서 부도체, 유전체, 유전분극, 물의 극성, 표면 장력 등의 개념을 동원한다. 처음보기에 ‘물이 만든 다리’ 실험은 신기하고 원리를 이해할 수 없을 것처럼 보이지만, 알고 보면 이 개념들은 모두 고등학교 과학 시간에 배우는 내용이다. 잘 관찰하고 하나씩 실마리를 풀어 가면, 따로 놀던 개념들이 전체적으로 엮이면서 현상이 이해되는 경험을 할 수 있다. 여기서 다시 한 발 나아가서 비슷한 다른 현상들을 소개하여 호기심과 생각을 자극하여 독자 스스로 사고하고 탐구하는 세계로 이끈다. 교과서에 갇혀진 과학을 실제 현상에 적용하여 온몸으로 느낄 수 있도록 구성하였다. 응용과학 분야의 잘 알려지지 않은 실험이나 현상의 개념을 유기적으로 연결한 책!
응용과학 분야의 잘 알려지지 않은 실험이나 현상을 주제로 선정했다. 과학 실험과 관련된 시중의 책은 대부분 초등과학 수준이거나 식상한 기초 과학 실험에 대한 것뿐인데, 이 책에서 다루는 실험은 대부분 논문에서 발췌한 실험으로 실험 그 자체만으로도 기존의 도서에서 접하기 어려운 새롭고 신선한 과학의 세계를 제시해줄 수 있다. 또한 과학에 대한 호기심과 신비에 목마른 독자들의 갈증을 해소해 주고, 과학적 사고에 대한 거시적인 안목을 체험할 수 있도록 현상을 풀어간다. 어려워 보이는 실험의 원리를 고등학교에서 배우는 과학 내용으로 설명하고, 하나의 실험을 이해하기 위해서 서로 다른 분야의 개념을 유기적으로 연결하여 독자가 스스로 사고하는 세계로 들어가도록 유도하여 독자들에게 과학적 사고에 대한 자연스러운 동기부여가 될 것이다.? 이 책의 내용1부 물리학을 만나다
인류가 시간에 따라서 세상과 우주를 어떻게 바라보게 되었는지 이야기로 풀었다. 물리학의 발전 과정에서 중요한 역할을 한 굵직굵직한 생각들을 중점으로 개념의 역사적 발전을 알 수 있을 뿐만 아니라 2부에서 다룰 실험들을 이해할 때 필요한 통합적 사고를 위한 발판을 제공한다.
1장_아리스토텔레스와의 대화 : 아리스토텔레스와의 가상의 대화를 통해 과학적 사고의 방법, 4원소설, 우주론을 중심으로 현대 인류의 여명기의 생각을 탐색한다.
2장_뉴턴과의 대화 : 뉴턴과 가상의 대화를 통해 운동법칙, 만유인력의 법칙, 광학에 대한 뉴턴의 연구를 바탕으로 고대에서부터 이어져온 미신적 우주관이 자연과학적 우주관으로 정립되는 과정을 탐색한다.
3장_맥스웰과의 대화 : 맥스웰과 가상의 대화를 통해 전자기학과 기체 운동에 관한 맥스웰의 연구를 바탕으로 역학적 세계관을 극복하고 현대물리학을 예비한 과정을 탐색한다.

2부 실험으로 들여다본 물리학의 세계
본격적인 실험 전에 언뜻 이해하기 힘들어 보이는 현상을 조금씩 풀어간다. 1부에서 정리한 통합적인 안목이 때로는 명시적으로 때로는 암시적으로 반복된다. 실험 주제는 교과서에 나누어져 있는 분야에 맞추어 선발하되, 많이 접할 수 있는 역학과 전자기학 부분은 최소화하고 응집물질물리학 관련 실험을 중점으로 다룬다. 실험자체가 새롭기도 하지만, 응집물질물리학은 물질-빛-에너지를 아우르는 관점이 통합되어 있기 때문에 종합적이고 흥미로운 설명을 많이 제공한다.1장_T자 모양의 회전 : 역학 관련 현상. T자 모양을 우주 정거장에서 회전 시켰을 때, 예상을 빗나가는 운동을 보임. 회전운동의 경우 3가지 방향의 회전이 얽혀 있음을 설명.
2장_동극 모터 : 전자기학 관련 현상. 건전지 1개, 네오디뮴 자석 1개, 도선 조각으로 만드는 간단한 모터. 동극 모터의 경우 구조가 교과서에서 배우는 모터와 달라서 직관적으로 어떤 운동을 할지 예상하기 어려움. 전류-자기장-도선의 운동이 얽혀 있음을 설명.
3장_물이 만든 다리 : 유전체 관련 현상. 2개의 비이커에 담긴 증류수가 고전압하에서 비이커를 넘어서 다리를 만드는 현상. 직관적으로 이해하기 어려워 보이는 현상이지만 유전체, 유전분극, 표면장력이라는 개념을 통해서 이해할 수 있음을 설명.
4장_루퍼트 왕자의 눈물 방울 : 물질구조 관련 현상. 유리로 만든 눈물 방울 모양의 조각이 총에서 발사된 총알에도 깨어지지 않는 현상. 깨어지기 쉬운 물질로 알고 있는 유리가 어떻게 강화 구조를 가지는지 설명.
5장_마찰 발광 : 물질구조-빛 관련 현상. 마트에서 구할 수 있는 후레쉬 캔디를 부술 때 빛이 나는 현상. 물질 구조의 변화에 수반되는 발광 현상을 설명.
6장_생물 발광 : 분자화학반응-빛 관련 현상. 특수한 종류의 물고기가 수중에서 내뿜은 체액이 빛을 내는 현상. 물질 반응에 수반되는 발광 현상을 설명.
액체질소 속 LED : 물질-열-빛 관련 현상. 쉽게 구할 수 있는 LED 소자를 액체 질소에 담궜을 때 LED 온도가 내려가면서 나오는 빛의 색깔이 달라지는 현상. 고체의 에너지 준위, 전자의 운동 에너지, 발광 현상이 얽혀있음을 설명.
7장_지구형 행성 탐색 : 우주관측. 지구형 행성을 찾기 위한 노력의 일환으로 행성에서 반사된 빛을 직접 관측하는 방식이 아니라, 항성계에 속한 행성은 항성을 공전한다는 발상을 이용한 관측. 항성 앞을 행성이 지나갈 때 항성 광도가 변하는 것을 설명.