“청명한 하늘과 싱그러운 나뭇잎, 그 사이를 흐르는 바람… 이 모든 것은 어떻게 여기 존재하게 된 걸까?”

이 세계가 어떻게 움직이는지 아는 것, 이것이 물리를 배우는 첫 번째 목적이다 물리는 만물(物)의 이치(理)를 다루는 학문이지만, 많은 이들에게 물리는 악몽과도 같다. ‘물리’ 하면 복잡한 수식과 낯선 용어, 화살표가 난무하는 그림, 마치 일부러 꼬아놓은 듯한 공식들이 먼저 떠오르기 때문이다. 실제로 수포자(수학 포기자)에 대해서는 우려하는 목소리가 많은 반면, 물포자(물리 포기자)는 너무 흔해서 사회적 관심조차 받지 못하고 있다. 그렇다면 우리는 세상의 이치를 이해하는 것을 포기해야 할까. 《익숙한 것들의 마법, 물리》는 과학에 물리고 실망한 이들에게 ‘어떻게 하면 좀 더 쉽고 재미있게 물리를 설명할 수 있을까’를 오랫동안 고민한 저자가, 수식이나 복잡한 법칙을 다루지 않고서도 우리가 살아가는 이 세상이 어떻게 이루어져 있고 작동하는지를 친절하게 알려준다. 실제로 이 책의 토대가 되는 내용들을 가지고 다양한 방식으로 수업을 시도해본 결과, 학생들은 세상의 이치에 대해 하나씩 터득해가면서 수많은 질문을 쏟아내고 열렬히 토론하는 모습을 보였다. 아울러 과학의 진정한 의미에 눈을 뜨고, 자연이 들려주는 메시지에 귀 기울이기 시작했다. 이 책은 저자의 수업에 참여한 학생들이 보인 다양한 반응과 수백 개의 질문, 열띤 토론이 빚어낸 결과물이기도 하다.

들어가는 말

1장 불
1. 불의 정체
2. 놀라운 발명품

2장 공기
1. 공기의 존재감
2. 기압이 변할 때
3. 대기압의 크기
4. 대기의 역할

3장 물
1. 물 분자 네트워크
2. 얼음, 물, 수증기
3. 물에 뜨는 얼음
4. 부력의 원인
5. 물이 투명한 이유
6. 물로 만든 보석

4장 열
1. 온도란
2. 온도가 변할 때 일어나는 일들
3. 퍼져가는 열
4. 냉방기의 원리
5. 엔트로피
6. 엔트로피와 삶

5장 에너지
1. 에너지의 발견
2. 에너지의 변환과 보존
3. 에너지의 근원, 태양
4. 원자력에너지
5. 적정기술

6장 빛
1. 빛의 정체
2. 빛 만들기
3. 색에 속다
4. ‘본다’는 것의 의미
5. 광통신

7장 식물

조그마한 물웅덩이 안에 살아가는 물고기를 볼 때마다 이런 생각이 들곤 했습니다. ‘비가 안 와서 물이 마르면 이 물고기들은 어떻게 될까. 지나가던 사람이 담배꽁초라도 던져 넣으면 그 오염물을 꼼짝없이 다 마시고 살아가야 할 텐데 참 가엽구나. 그에 비하면 우리 인간은 물에 갇혀 있지 않고 마음대로 돌아다닐 수 있으니 얼마나 자유로운가.’ 하지만 이 생각이 잘못되었다는 것을 알았습니다. 물고기뿐만 아니라 인간 역시 대기라는 아주 얇은, 제한된 공간 안에서만 살 수 있는 존재니까요. 누군가 우리를 대기층 밖으로 들어 올리면 바로 질식합니다. 그리고 지구 저편에서 공기를 오염시키거나 미세먼지를 일으키면 우린 꼼짝없이 그걸 마시며 살아가야 하죠.
_2장 공기(54~55쪽)일상적으로 우리는 온도와 열을 혼동해서 쓰는 경우가 많습니다. 한 아이가 39도의 고열을 앓고 있을 때 “열이 많다”고 말하는 경우가 그렇지요. 이때는 “온도가 높다”고 말해야 합니다. 온도는 에너지의 질적인 측면을 나타내는 반면, 열이란 것은 에너지의 양을 가리키는 개념이거든요. 똑같이 39도의 온도를 갖고 있더라도 몸무게가 많은 아이가 더 많은 열을 갖고 있습니다. 일상생활에서는 큰 문제가 안 되지만 과학적 사실을 다룰 때는 열과 온도를 헷갈리지 않도록 주의해야 해요.
_4장 열(132~133쪽)열역학 제1법칙을 쉽게 풀어쓰자면, ‘에너지의 총량은 보존된다. 단, 에너지 안에는 열도 포함된다’입니다. 우리는 이미 열이 분자들의 운동 혹은 진동에너지라는 사실을 알고 있지만, 과거에는 열의 정체를 알지 못했기 때문에 이런 법칙을 명시할 필요가 있었습니다.
한쪽에서 에너지가 사라진 만큼, 반드시 다른 곳에서 같은 양의 에너지가 나타납니다. 이렇게 시간이 아무리 흘러도 불변하는 양이 존재한다는 것은 자연을 이해하는 데 매우 중요합니다.
_5장 에너지(221쪽)우리에겐 생각의 전환이 필요합니다. 당연하게 사용되고 소비되어왔던 것들에 대해 재고할 필요가 있습니다. 지금까지는 경제와 기술의 발전이 맣은 물건을 소유하고 에너지를 소비하는 방향으로 이루어져왔고, 또 그런 나라를 잘사는 나라라고 부르며 부러워했죠.
하지만 앞으로는 에너지를 덜 사용하고 쓰레기와 탄소를 적게 배출하는 것이 발전되고 세련된 생활방식이며, 지구 환경에 부담을 덜 주는 나라가 선진국이라는 인식을 가져야 합니다.
_5장 에너지(260쪽)사람이 눈을 이용해서 사물을 인식하는 것도 놀랍고, 사물 인식의 다양한 원리를 알아냈다는 것도 놀라운데, 그 원리를 이용해서 만든 기술에 우리가 쉽게 속는다는 것이 어찌 보면 가장 무섭죠. 필요한 곳에는 기술을 잘 활용해야겠지만, 기술의 원리를 이해하지 못한 채 보이는 대로만 받아들여서는 안 됩니다. 잘못하면 다른 사람이 만들어놓은 가상 세계에 우리 정신이 갇혀버릴 수도 있으니까요.
_6장 빛(313쪽)산이나 논밭에서 풀과 나무가 자라는 만큼 공중에서 이산화탄소가 수거되고 있다고 보면 됩니다. 나무 1톤이 생겨나면 이산화탄소 약 1톤이 제거되는 셈이죠. 그뿐만 아니라 식물이 한낮의 뜨거운 햇빛을 이용해서 광합성을 하기 때문에 태양열을 흡수하는 효과도 있고, 땅에서 흡수한 물을 잎에서 증발시킬 때 기화열에 따른 추가 냉각 효과도 있습니다.
_7장 식물(332쪽)촛불에서 나오는 빛과 열은 수억 년 전 풀잎에 내리쬐던 햇볕이 재현되는 셈이네요. 참 오묘해요. 대기압, 눈송이, 에어컨, 스마트폰… 모두가 다 신기하고 놀랍지만, 식물에서 일어나는 일만큼 경이롭지는 않은 것 같아요. 힘없이 내 발에 밟히는 식물이 실은 지구에서 가장 위대한 존재라는 걸 알았습니다.
_7장 식물(333쪽)

‘일상’의 언어로 풀어낸
새로운 개념의 물리 사용설명서 ‘에너지, 힘, 중력, 기압, 부력, 열과 온도, 파장, 엔트로피….’
꼭 과학 시간이 아니더라도 우리가 일상에서 종종 듣는 말이다. 이 단어들의 의미를 우리는 모르지 않는다. 다만, 이런 개념들이 우리 삶과 어떻게 연결되어 있는지에 대해서는 굳이 알고 싶어 하지 않는다. 그 순간 지루하고 머리 아픈 과학의 영역이 된다고 생각하기 때문이다. 과연 그럴까?
《익숙한 것들의 마법, 물리》는 그런 선입관을 단숨에 깨뜨려주는 책으로, 저자는 ‘물리’라는 도구를 통해 우리가 살아가는 이 세계가 얼마나 멋지고, 신비롭고, 놀라운지 재발견하기를 바라는 마음에서 이 책을 썼다. 무엇보다 이 책은 크게 세 가지 측면에서 기존 과학 교양책과 다르다.
첫째, 이 책의 목적은 독자들에게 물리 자체를 가르치기보다 우리의 일상 세계가 어떻게 움직이는지 보여주는 데 있으며, 그런 점에서 특히 공기와 소리, 물과 불, 햇빛과 나무, 스마트폰 같은 생활 전자기기 등에 주목한다.
둘째, 많은 과학 교양서들이 일반인을 대상으로 쓰였음에도 이해하기 벅찬 내용들이 많은데, 이 책은 중학생 정도의 과학 지식만 있으면 이해할 수 있도록 전문용어는 되도록 삼가고, 도판을 적극 활용했으며, 대화 형식을 빌려 일상의 언어로 쉽게 풀어 썼다.
마지막으로, 이 책은 새로운 지식을 전달하기보다 우리가 한 번쯤 들어본 적이 있는 내용들을 곱씹어볼 수 있도록 독자 여러분을 안내한다. 그 이유는 우리가 가볍게 배우고 지나친 사실 하나하나가 사실은 굉장히 의미심장하고, 우리로 하여금 세상을 새롭게 바라보도록 만들기 때문이다.
매일매일 반복되어서 이젠 너무나 익숙해져버린 일상. 그 안에 어떤 마법 같은 놀라운 일들이 일어나고 있는지 이 책과 함께 하나씩 발견해가는 재미를 느껴볼 수 있을 것이다. 지식이 아닌 삶에서 배우고 질문하는
마법 같은 과학의 세계 토론식(쌍방향)보다 강의식(일방향) 수업이 익숙한 우리나라 교육 제도에서 학생들이 가장 어려워하는 것 중에 하나가 ‘질문’이 아닐까 싶다. 이런 분위기에서는 학생뿐 아니라 가르치는 입장에서도 토론식보다는 강의식이 훨씬 편할지도 모르겠다.
이 책의 저자 황인각 교수는 학생들을 가르치면서 교육에 대해 끊임없이 고민해왔고, 그 결과 일방적인 강의가 아닌 관찰과 질문, 토론과 협력이 중심이 되는 학생 주도적인 수업을 만들어가면서 10여 차례 교육우수 교수, 탁월한 강의 등에 선정되기도 했다.
이 책 역시 학생과 선생이 주고받는 대화 형식으로 이야기가 펼쳐진다. 초반에 학생은 자신의 질문이 너무 수준 낮은 게 아닐까 부끄러워하지만, 친절하고 세심하게 모든 질문에 성심성의껏 답변해주는 저자 덕분에 차츰 자신감이 붙고 솔직한 질문들을 가감 없이 쏟아낸다. 나아가 이들의 대화는 단순히 일상을 물리적으로 접근하는 데만 그치지 않는다. 이제껏 우리가 당연하게 생각해온 현상들을 재고해보고, 그런 의식의 전환을 어떻게 지구 생태계와 공존하며 지속 가능한 발전을 모색할 수 있는지에 대해서도 함께 고민한다. 궁극적으로 어떤 삶이 우리에게 진정한 행복을 주는지 다시금 생각해보는 계기가 될 것이다. 【저자의 수업을 들은 학생들 반응】# 실생활에서 물리와 관련된 현상들을 배우고 난 뒤 세상을 바라보니 너무나 많은 부분이 ‘물리’였다. 그러나 내 친구들은 여전히 물리를 암기 과목이라고 생각하는 것 같아 안타깝다.

# 주변 현상에 대해 우리 스스로 물음을 가지고 해결해나가는 것, 이것이 진정한 과학이라고 생각한다. 무턱대고 지식을 받아들이는 대신 한 번 더 생각하고, 다른 상황에 적용해보고, 남과 의견을 나누고, 그 과정에서 즐거움을 찾을 수 있다는 것을 알았다.

# 내가 처음부터 이렇게 과학을 공부했다면 아마도 과학 영재가 되었을 것이다.# ‘자세히 보아야 예쁘다’라는 말이 있다. 이 수업이 그랬다. 사물과 사물, 에너지의 변환, 물의 얼고 녹음… 이 모두 내가 자세히 보지 않았던 것들이다. 자연과학과 인문학이 만난 느낌이랄까.