물질이 만든 문명, 문명이 발견한 물질

이 책은 돌, 점토, 구리, 청동과 같이 고대에 발견한 물질부터 시멘트, 실리콘, 폴리머 등 비교적 현대에 발견한 물질까지, 문명과 물질이 함께 진화해온 방식을 하나씩 살펴본다. 각 물질은 끼니를 해결하고, 무기를 만들고, 건축물을 짓는 기초적인 역할을 뛰어넘어 한 국가의 흥망을 좌우하는 한편, 첨단 기술의 최전선에서 세상을 바꾸는 중요한 재료로 쓰여왔다. 이 책에서 역사와 과학을 잇는 흥미진진한 물질의 연대기를 확인할 수 있다. 물질은 어떻게 문명을 형성하며 이어져왔을까 돌부터 실리콘까지, 세상을 바꾼 차가운 것들의 역사 인류가 진화하는 과정에서 물질은 문명과 함께 진보해왔다. 천연자원이나 농산물만으로 인류는 생존할 수 없었을 것이다. 살아남기 위해, 또는 더 편리한 생활을 위해 우연히 발견한 물질, 그리고 물질을 가공하고 응용하는 기술이 있었기에 인류는 생존뿐 아니라 하나의 문명을 만들어낼 수 있었다. 이처럼 고대 인류를 움직였던 동기는 현대의 우리에게도 그대로 이어지고 있다. 저자는 돌, 점토, 구리, 청동과 같이 고대에 발견한 물질부터 시멘트, 실리콘, 폴리머 등 비교적 현대에 발견한 물질까지, 문명과 물질이 함께 진화해온 방식을 하나씩 살펴본다. 각 물질은 끼니를 해결하고, 무기를 만들고, 건축물을 짓는 기초적인 역할을 뛰어넘어 한 국가의 흥망을 좌우하는 한편, 첨단 기술의 최전선에서 세상을 바꾸는 중요한 재료로 쓰여왔다. 이 책에서 역사와 과학을 잇는 흥미진진한 물질의 연대기를 확인할 수 있을 것이다.

감사의 글
들어가는 말: 인류의 문명을 형성한 물질의 모든 것

1장 돌과 점토의 시대
물질을 찾아낸 초기 인류｜열을 가해 만든 최초의 물질, 점토｜인류는 어떻게 정착하게 되었을까｜신석기 혁명과 점토의 재발견

2장 금속의 속성
사회가 변할수록 물질도 복잡해진다｜금속의 주요 특성｜두드릴수록 강해지는 이유

3장 구리와 청동의 시대
고농축 상태의 구리를 찾아서｜광물을 찾아 나선 탐사자들｜고대 사료에 기록된 합금의 흔적

4장 금과 은, 그리고 제국의 부흥
세상을 바꾼 아름다운 금속｜그리스를 부유하게 만든 은｜화폐의 역사

5장 철의 시대
한때는 금보다 더 값진 금속이었던 철의 운명｜탄소 원자 비율의 비밀｜철 제작법의 역사｜진기한 재료에서 상용 재료로

6장 유리의 등장
유리는 왜 약할까｜유리를 처음 발견한 인류｜유리 공예 붐을 일으킨 유리불기｜불투명한 유리에서 투명한 유리로

7장 장구한 세월을 견뎌낸 건물들
현대 도시의 기틀이 된 콘크리트와 강철｜시멘트에 관한 최초의 기록

8장 동양에서 건너온 혁신
팍스 로마나와 광산의 시대｜새로운 문물과 발명의 전성기

9장 자본주의의 용광로에 지펴진 불
암흑시대에서 벗어난 유럽｜자본이 생기고 광산업이 증가하다｜신무기 개발로 패권을 얻다｜산업혁명과 기술의 발달

10장 새로운 금속의 탄생
부를 축적한 유럽의 역사｜과학적 방법으로 재료를 발견한 인물들｜알루미늄의 탄생｜지구에서 가장 희귀한 금속, 백금

11장 최고의 금속, 강철
현대사회를 만든 철과 강철｜강철은 어떻게 대량 생산될 수 있었을까｜건축계의 혁명이 되다

12장 결합하고 확장하는 물질들
완전한 합성물, 폴리머｜고무의 산업화｜다양하게 쓰이는 목재의 활약｜폴리프로필렌의 발견

13장 최상의 물질, 다이아몬드
지구상에서 가장 흥미로운 물질｜신비한 보물 또는 산업의 핵심

14장 자연의 가르침, 복합 재료
극한의 조건에서 버틸 수 있는 물질들｜고온에서 더욱 단단해지는 재료의 특성｜복합 재료의 도전

15장 실리콘의 시대
실리콘의 다양한 변신｜실리콘과 첨단 기술의 발전｜진화하는 컴퓨터와 실리콘의 미래

맺음말: 21세기의 재료들
옮긴이의 말: 문명의 레시피
주
참고문헌
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내 두 아들은 풍요로운 사회 속에서 삶을 안전하고 편안하게 만들어주는 문명의 이기를 누리며 자라왔다. (중략) 1950년대에 뉴욕에서 고등학교를 다니던 나는 엉덩이 쪽에서 덜렁거리는 계산자를 꺼내 복잡한 계산을 했다. 하지만 내 아들 애덤은 신용카드만 한 10달러짜리 계산기로 재빠르면서도 훨씬 더 정확하게 계산을 한다. 우리 아이들은 이런 놀라운 발명품을 너무도 흔하게 접하기 때문에 그 이면에 무엇이 있는지 거의 알지 못한다. 이 책은 아이들이 이 세상에 있는 물질의 성격을 이해하고 그 안에서 경이감을 느낄 수 있도록 도울 것이다. 재능과 행운과 끈기를 갖춘다면 아이들은 앞으로 놀랍도록 새로운 물질을 발견해낼 것이다. _ 17～18쪽, 〈들어가는 말〉 중에서 오스트랄로피테쿠스(남방 원숭이)로부터 호모(사람) 속이 갈라져 나오는 시기가 단순한 형태의 석기가 처음 등장하는 시기와 비슷한 것은 우연이 아닐 것이다. (중략) 도구 제작 능력 덕분에 호모 속이 오스트랄로피테쿠스와의 생존 경쟁에서 유리한 위치를 점해서 오스트랄로피테쿠스가 멸종했으리라는 가설은 충분히 생각해봄 직하다. 한편, 호모 속이 살아남은 까닭은 야생 식물을 채집하고 사냥에 나서는 책임을 공유한 것 등에서도 찾을 수 있다. 수렵 채집 집단 안에서 이뤄진 협동은 기술의 전문화가 이뤄지는 첫걸음이었고, 이것은 그들의 시대와 뒤이은 현시대에 기술 혁신을 불러왔다. _ 30쪽, 〈1장 돌과 점토의 시대〉 중에서 금과 은은 그리스 로마 이전 시대부터 무역 과정에서 중요한 역할을 했다. 현세가 시작되는 기원전 9000년대에는 무역이 물물거래를 바탕으로 이뤄졌다. 물물거래는 예를 들어 밀 판매자가 밀을 판매하는 대가로 청금석을 받기를 거부한다든가 하면 문제가 생겼다. 물론 밀 판매자는 나중에 더 큰 이익이 생기리라는 기대감을 품고 청금석을 받아둘 수도 있겠지만, 판매자와 구매자가 서로에게 필요한 물품을 맞춰야 하는 상황은 특히나 문자가 없는 시절에 무역을 방해했다. 무역이 확대되어가자 어디서나 통용되고 휴대가 용이하고 가치가 일정하게 유지되는 물품이 더욱 필요해졌다. 금과 은은 오래도록 가치가 유지되고 공급량이 상대적으로 부족했기에, 곧 사람들이 가장 선호하는 거래 수단으로 자리 잡았다. ‘금본위제’가 시작된 것이었다. _ 99～100쪽, 〈4장 금과 은, 그리고 제국의 부흥〉 중에서 유리 장인들은 무색 수정(석영)으로 만든 그릇이나 화분을 애호하는 사람들을 만족시키기 위해 산화 안티모니로 철과 같은 불순물을 탈색하는 방법을 터득했다. 무색 유리는 시장에서 아주 높은 값을 받았다. 요즘에야 흔하디흔한 물건이지만 말이다. 산화 안티모니를 첨가하면 왜 무색 유리가 형성될까? 금속에 든 원자는 양성자(양전하)와 전자(음전하)의 숫자가 같기에 중성(전하를 띠지 않음)이다. 화합물 속 특정 금속 원자들은 가까운 거리 내에서 전자의 숫자가 다를 수가 있다. 철이 바로 그런 사례로, 철은 산소와 결합해 두 가지 다른 화합물인 FeO와 Fe2O3를 형성할 수 있다. _ 147쪽, 〈6장 유리의 등장〉 중에서 제련공들은 예수 시대 이전에 광석 안에서 반응성이 떨어지는 금속을 추출해내는 방법을 발견했다. 구리, 납, 금, 은, 철을 추출해낼 수 있었던 것은 운 좋게도 불에 탄 나무에 탄소가 많이 들어 있었기 때문이었다. 숯은 산화철 광석과 산화구리 광석을 각각의 금속으로 빠르게 환원시키지만 산화알루미늄 광석은 그렇게 하지 못한다. 알루미늄과 산소 간의 결합이 탄소와 산소 간의 결합보다 훨씬 강하기 때문이다. 환원을 시키는 과정은 산소와 결합하고자 하는 원소들 사이에서 벌어지는 시합 같은 것으로 보면 된다. 가장 반응성이 높은 원소가 승리를 거둔다. 알루미늄과 니켈 금속을 추출하기 위해서는 탄소보다 더 강력한 반응을 일으키는 환원제가 필요했고, 이런 환원제는 전기의 발견과 함께 등장했다. _ 222쪽, 〈10장 새로운 금속의 탄생〉숫자를 전기적으로 표현하는 가장 단순한 방법은 스위치를 사용해 전류를 저장 및 감지하는 것이다. 단, 이 전등 스위치는 머릿속으로 그려 보기에는 편리하지만 크기가 크고 기계적으로 작동시켜야 해서 우리가 원하는 용도로 쓰기에는 부적합하다. 제2차 세계대전이 끝나가던 무렵, 펜실베이니아대학교 전기공학과의 무어스쿨에서 제작한 최초의 컴퓨터 애니악(ENIAC)에서는 전등 스위치와 비슷한 성격의 스위치가 사용되었다. (중략) 하지만 스위치 말고도 전류를 통과시키거나 통과시키지 않을 수 있고, 게다가 초소형으로 제작할 수도 있는 장치가 있다. 그것이 바로 반도체라는 재료를 바탕으로 제작한 트랜지스터다. _ 326쪽, 〈15장 실리콘의 시대〉 중에서

물질은 인류의 문명을 어떻게 형성했을까
문명과 물질의 상호관계에 주목한 독특한 역사 교양서
역사에서 석기 시대, 청동기 시대, 철기 시대 등 특정 시대를 지칭하는 용어에 물질의 이름이 들어가는 것을 보면 물질과 인류의 문명사는 서로 맞물려 있다. 예컨대 철의 발견은 가마 온도를 높이는 기술을 개발하게 했으며, 가마 온도가 높아지자 유리를 다루는 기술도 같이 개발되었다. 유리는 희귀품에서 일상품이 되었고, 사람이 생활하는 공간에 창문을 선사했다. 한편 그리스는 아테네의 은광 덕분에 페르시아가 에게해로 진출하는 것을 막을 수 있었으며, 로마의 알렉산더 대왕은 트리키아에서 추출한 금으로 전대미문의 제국을 건설했다. 중국에서 발명한 종이, 나침반, 화약은 무역과 탐험이 가능한 세계로 전환시켰다.
이 책은 “물질은 인류의 문명을 어떻게 형성해왔나”라는 물음에 여러 가지 답을 제공한다. 인류가 발명 혹은 발견하여 사용하고, 변용하고, 남용한 물질들은 저마다 자신의 이야기를 간직하고 있다. 다이아몬드, 금, 백금 등의 물질은 풍요로움과 신비로움을 담고 있고, 철이나 고무는 일상의 평범한 이야기와 얽혀 있다. 16세기 남아메리카는 막대한 양의 금과 은을 차지하려던 스페인의 정복 활동에 최적지였다. 근대의 영국은 천연자원이 부족했는데, 이 사건은 산업혁명으로 이어졌다. 미국은 금세기에 일어난 물질 혁신의 중심지이자 실리콘, 광섬유 기반의 컴퓨터 및 정보혁명의 본거지로 거듭났다. 이처럼 인류를 더 높은 곳에 오르게 하는 문물이 탄생할수록, 물질과 문명은 더 복잡하고 정교해졌다. 편리함을 위한 기술 개발이 부와 자본을 움직였다
역사의 전환점을 가져온 물질의 재발견
저자는 이 책에서 인류가 주변에서 쉽게 찾아 쓴 물질부터 새로운 기술을 사용해 만든 합성 물질까지, 역사가 발전해온 순서대로 하나씩 물질을 연결해 설명한다. 돌은 무기로, 점토는 곡식과 액체류를 담는 용기로 사용되었고, 금과 은은 저장, 분할, 용해가 가능해 새로운 형태로 만들기 쉬워 주요 통화 수단이 되었다. 철과 구리는 탄소와 결합시키는 제련법의 발달로 더욱 견고하고 단단해졌고, 유리는 귀중품에서 일상용품으로 쓰였고, 초석과 황, 숯의 혼합물인 화약은 무기로 쓰이면서 전쟁의 승패를 가르는 주요 물품이 되었다. 알루미늄, 폴리머, 니켈 합금, 실리콘 등 새로운 합성 물질들은 신소재로서 현대사회를 편리하게 바꾸는 데 큰 역할을 했다.
혁신적인 물질의 발명은 인류에게 편리함을 제공하면서, 막대한 부를 쌓을 수 있는 ‘자본’ 시스템을 가져왔다. 각 물질의 속성과 특성을 이해할수록 인류가 문명에 사용하는 재료 또한 늘어나게 된 것이다. 예를 들어 강철은 1800년대 고층건물의 시대를 열었고, 자동차 제조업 등 여러 산업이 새로 성장하는 계기를 마련했다. 유리섬유는 제2차 세계대전 중 영국과 미국의 과학자에 의해 개발되었는데 폭격기용 항공 레이더의 덮개인 레이돔 재료로 제작되었다. 특히 복합 재료는 특성이 복잡해서 제작하거나 적용하는 데 다양한 어려움이 따르고, 개발하는 데 위험 부담이 크지만, 성공할 경우 보상도 확실하기에 철강이나 항공 등 현대의 상업 회사는 큰 비용을 들여서라도 새로운 재료를 개발하는 데 힘을 쏟고 있다. 오늘날 경제와 자본을 좌우하는 핵심 요소가 산업이 된 이유를 확인할 수 있는 부분이다. 최첨단 물질과 기술의 발전은 지금도 계속된다
새로운 세대가 맞이할 역사의 미래
저자는 트랜지스터 라디오를 사서 이른 아침 라디오를 끼고 앉아 다정하게 다이얼을 돌리며 지구 반대편에서 흘러나오는 미약한 라디오 신호를 잡기 위해 노력했던 어린 시절을 떠올린다. 그로부터 불과 몇십 년이 지난 지금, 인터넷을 통해 전 세계의 모든 소식과 정보를 빠르게 받아볼 수 있는 세상이 된 데 격세지감을 느낀다. 이처럼 짧은 시간에도 세상은 크게 바뀐다. 이미 실리콘 트랜지스터는 진공관을, 유리섬유는 구리 전선을, 제트 엔진은 피스톤 엔진을 대체했다. 탄소 섬유로 강화한 테니스 라켓과 낚시대는 여가 생활을 바꿔놓았고, 세라믹과 금속으로 만든 관절은 인체 관절을 대체하며 의학계를 변화시켰다.
누구든 새로운 가능성을 제시하려면 애덤 스미스의 말처럼 “가장 동떨어져 있고 가장 이질적인 것들의 힘”을 하나로 결합시켜야 한다. 문명은 항상 그런 능력에 의지해왔다. 지금 우리는 비행기나 자동차를 만드는 산업에서는 소재의 경량화, 높은 효율 등을 위해 복합 재료를 계속 실험해 신소재를 개발하고 있다. 컴퓨터는 전자 부품을 초소형화해 모터와 센서 같은 기계 장치를 작게 제작하는 작업에 관심이 쏠리고 있다. 지금은 재료공학자, 과학자의 일이겠지만 이 도전에서 해결 방법을 찾고 상용화된다면, 미래 세대가 경험할 역사의 향방을 바꿀 수도 있다. 이 책에서 문명과 물질의 역사를 함께 읽으며, 미래의 물질이 바꿔놓을 새로운 차원의 문명을 상상해볼 수 있을 것이다.