역학부터 양자역학까지, 현대 물리학의 핵심 테마를 한 권에

도표와 그림으로 누구나 쉽게 이해할 수 있는 물리학 개론서 

 물리학의 복잡한 주제를 쉽게 이해할 수 있는 책 『누워서 골라 먹는 비주얼 물리 112』가 출간되었다. 지금까지 물리학을 어렵게 해설한 책이나 고등학교 물리를 알기 쉽게 쓴 책은 있었어도, 물리학의 전체적인 흐름을 알기 쉽게 해설한 책은 많지 않았다. 『누워서 골라 먹는 비주얼 물리 112』는 어려운 수식을 깊게 파고들기보다는 19세기 말부터 20세기 이후까지 확립된 현대 물리학의 전반을 살펴보면서 다양한 물리학 분야의 기초적인 테마와 흥미로운 이야기를 재미있게 설명하는 책으로, 역학부터 양자역학까지 현대 물리학의 핵심 테마를 포괄한다. 이 책은 어떠한 현상의 특징적인 측면을 볼 수 있는 그림을 잘 활용해 물리학적 사고를 이미지로 떠올려서 쉽게 이해하도록 했으며, 전문 용어를 최소화하여 누구나 쉽게 이해할 수 있도록 구성되었다. 

처음 물리학을 배우는 학생부터, 스스로 물리학과는 거리가 멀다고 생각하는 일반인에 이르기까지 모두 재미있게 읽을 수 있는 책으로, 흥미를 자극하고 이해를 돕는 다양한 그림과 이야기를 따라 읽다 보면 어느새 물리학이 쉽게 느껴질 것이다. 과학 전반에 깊은 지식이 없어도 쉽게 이해할 수 있는 이 책 『누워서 골라 먹는 비주얼 물리 112』가 독자들을 물리학의 흥미로운 세계로 안내하리라 기대한다.

알고 보면 우리 실생활과 

가장 밀접한 물리학이라는 학문

평소 생활에서 물리학은 멀게만 느껴지지만 실제로는 우리 생활과 아주 밀접한 관련이 있다. 물리학은 우리가 살아가는 세계를 이해하는 데 근본적인 역할을 하는 학문 중 하나로, 예를 들어 역학은 물체의 운동과 움직임을 연구하며 자동차의 움직임, 스포츠 경기에서의 운동, 낙하물체의 동작, 그리고 건축물의 안전 등에 중요한 역할을 한다. 또한 열역학은 열과 에너지의 전달과 변환을 다루며 냉장고와 에어컨의 작동 원리, 대기 및 해양 열 전달 등의 열역학적 프로세스를 이해하는 데 사용된다. 

전자기학은 전기와 자기의 상호작용을 연구하며 전기회로, 전자 디바이스, 라디오, TV, 레이저, 전자기파(무선 인터넷, 전파) 등과 관련이 있다. 광학은 빛의 동작과 상호작용을 연구하며 안경, 카메라, 렌즈, 현미경, 망원경, 레이저, 광통신 등 일상생활에서 빛과 광학 기기를 사용할 때 물리학의 원리가 작용한다.

양자역학은 아주 작은 입자(원자, 분자, 입자)의 동작을 다루며, 반도체 기술, 양자 컴퓨팅, 원자력 발전소, 화학 반응 메커니즘 등과 관련이 있다. 이외에 물리학에 관심이 없는 사람도 많이 들어보았을 상대성 이론은 중력과 시간, 공간의 상대성을 다루며 GPS 시스템, 우주 비행, 통신 시스템 등과 관련이 있다.

이처럼 물리학은 우리가 살아가는 실생활에서 문제 해결을 돕고 현실 세계의 다양한 현상을 이해하는 데 중요한 역할을 한다. 이 책은 현대 물리학의 핵심 주제인 역학, 열역학, 전자기학, 상대성 이론, 양자역학 등의 다양한 주제를 시각적으로 보기 쉽게 표현해 알려준다. 이를 통해 독자들은 물리학의 기본 개념부터 최신 이론까지 넓은 시야로 이해할 수 있게 된다.

어렵고 복잡한 물리학 개념을

직관적인 그림과 설명으로 쉽게 이해하자

물리학 분야 중‘역학’,‘광학’,‘전자기학’,‘열역학·통계 역학’,‘유체 역학’등의 고전 물리학 분야가 19세기 말에 완성되었고, 20세기 이후 이제까지의 상식을 뒤집는 ‘특수 상대성 이론’,‘일반 상대성 이론’,‘양자론·양자 역학’,‘소립자론’등의 현대 물리학 분야가 혜성처럼 나타났다. 최첨단 물리학은 이러한 다방면에 걸친 각 분야가 서로 영향을 주고받으며 더욱 급격하게 발전하고 있다. 

이전의 물리학은 주로 운동, 열, 전자기, 빛 등의 현상을 설명하는 데 초점을 맞추었다면, 현대 물리학은 이러한 현상의 근본적인 원리와 세계의 구조를 밝히는 것을 넘어서서, 우주의 기원과 구조, 더 작은 입자의 특성과 상호작용, 그리고 시간과 공간의 복잡한 특성에 대한 심도 있는 이해를 목표로 한다. 『누워서 골라 먹는 비주얼 물리 112』는 역학부터 양자역학까지의 테마를 시각적으로 표현하여 복잡한 수식이나 이론을 가급적 피하고, 독자들이 직관적으로 이해할 수 있도록 도와준다. 

또한 이 책은 전문 용어를 최소화하여 물리학에 대한 전문 지식이 없는 사람들도 쉽게 접근할 수 있도록 구성되었다. 이 책을 통해 독자들은 물리학적 원리를 쉽게 이해하고, 과학적인 세계에 대한 흥미를 키울 수 있을 것이다. 본격적인 물리학 수업을 듣지 않고도 물리학의 핵심 아이디어와 원리를 습득하고 싶은 사람들에게 권한다.

들어가는 말

1장 역학 (뉴턴 역학)

1-1 물리학 = 수학? | 공간, 시간, 좌표계 

1-2 날아가는 화살은 멈춰 있는가? | 속도와 가속도

1-3 눈에 보이지 않는 힘 | 힘과 기본힘 

1-4 힘이 작용하지 않으면 운동은 변하지 않는다 | 운동의 제1법칙 

1-5 모든 행동에는 반드시 그와 같은 반대의 작용이 있다 | 운동의 제3법칙 

1-6 공간과 물체는 불가분 | 운동의 제2법칙 

1-7 시간은 일정하게 흐른다 | 질량 보존 법칙 

1-8 공간은 일정하게 넓어진다 | 운동량 보존 법칙 

1-9 공간은 모든 방향으로 똑같이 확대된다 | 각운동량 보존 법칙 

1-10 신들의 체스 규칙 | 역학적 에너지 보존 법칙 

1-11 밤하늘에서 물리학의 기본 법칙이 보인다 | 케플러 법칙 

1-12 사과와 달의 공통점 | 만유인력의 법칙 

1-13 겉으로 보이는 힘은 진짜 힘이 아니다 | 관성력

2장 진동과 파동

2-1 파에 대해 알아보자 | 파의 성질 

2-2 종인가 횡인가 | 파동의 종류 

2-3 주변이 시끄러운데도 이야기를 할 수 있는 이유  | 중첩의 원리 

2-4 파의 형태는 무너지지도, 흩어지지도 않는다 | 고립파(솔리톤) 

2-5 진자와 용수철은 단진동 | 진동의 역학 

2-6 파는 서로 강화시키기도 하고 약화시키기도 한다 | 파의 간섭 

2-7 파는 장애물 뒤쪽까지 전달된다 | 파동의 회절

2-8 음색은 파형에 의존한다 | 음의 3요소와 음속

2-9 도레미는 진동수와 관계가 있다 | 기본 진동과 음계 

2-10 다가오는 구급차는 긴박감을 준다 | 소리의 도플러 효과 

2-11 지진의 진원지를 바로 알 수 있는 이유 | 매그니튜드와 진도 

2-12 소닉 붐도 비선형 | 충격파

3장 광학

3-1 빛을 추구하다 | 광학이란 

3-2 빛은 파동인가? 입자인가? | 파장과 진동수, 광속도

3-3 백색광은 7가지 색으로 분광된다 | 빛의 색과 스펙트럼

3-4 빛은 똑바로 진행한다 | 빛의 직진, 반사, 굴절

3-5 빛에는 파동과 같은 성질도 있다 | 빛의 분산, 간섭, 회절

3-6 푸른 하늘과 붉은 노을의 이유 | 빛의 산란

3-7 빛의 굴절이나 분산으로 생기는 대기의 미스터리 | 신기루와 무지개

3-8 안경은 광학기기 | 프리즘과 렌즈

3-9 7가지 색깔의 스펙트럼은 환상? | 빛의 3원색과 색의 3원색

3-10 가까워지면 파랑, 멀어지면 빨강 | 빛의 도플러 효과

3-11 파동인가? 입자인가? | 파동설과 입자설

4장 전자기학

4-1 전기와 자석의 은밀한 관계 | 전자기학이란

4-2 정전기장의 특징 | 정전기장에 관한 쿨롱의 법칙

4-3 정자기장의 특징 | 정자기장에 관한 쿨롱의 법칙

4-4 전위는 전하의 위치 | 에너지 전위와 전압

4-5 전류? 전력? 전력?? 전류?? | 전류와 전력

4-6 문어발 배선은 위험해 | 옴의 법칙

4-7 모터는 무엇으로 움직이는가 | 앙페르의 법칙

4-8 현상 유지의 법칙이 발전기의 원리 | 패러데이의 전자기 유도 법칙

4-9 전자기와 관련된 방정식 4개 | 맥스웰 방정식

4-10 빛의 정체는 전자기파 | 전자기파와 광

5장 열역학 · 통계 역학

5-1 통계로 열의 운동을 이해해보자 | 열역학과 통계 역학 

5-2 따뜻하게 데우는 3가지 방법 | 열전도, 열대류, 열복사 

5-3 열은 ‘물질’인가? ‘에너지’인가? | 열운동

5-4 시간이 지나면 온도는 일정해진다 | 열역학 제0법칙

5-5 열은 어떻게 측정하는가? | 열량, 열용량, 비열

5-6 에너지는 전체적으로 보존된다 | 열역학 제1법칙

5-7 내부에 숨겨진 에너지 | 이상 기체의 상태 방정식

5-8 제멋대로 흐트러지는 방 | 열역학 제2법칙

5-9 열을 역학적 에너지로 바꾼다 | 열기관과 카르노 사이클

5-10 온도에는 ‘절대’가 있다 | 열역학 제3법칙

5-11 빠르든 느리든 통계 분포 안에 있다 | 맥스웰-볼츠만 분포

5-12 열역학에서 블랙홀이 보인다 | 블랙홀의 열역학

6장 유체 역학

6-1 자유자재로 모양을 바꾸는 물리학 | 유체 역학이란?

6-2 균형 잡힌 둥근 모양으로 | 파스칼의 원리

6-3 압력 차를 균등하게 하는 | 정수압 평형

6-4 유량은 위치나 장소에 관계없이 일정하다 | 연속 방정식

6-5 유체 역학의 포인트는 압력의 기울기 | 유체의 운동 방정식

6-6 발열과 냉각은 균형을 이룬다 | 유체의 에너지 방정식 

6-7 낙차와 흐름의 관계 | 베르누이의 정리 

6-8 흐름은 왜 불규칙해지는가? | 레이놀즈수 

6-9 유체와 파도의 관계 | 성진학과 산악파 

6-10 태양의 표면은 불안정 | 대류와 불안정성 

6-11 일기 예보에 절대 나오지 않는 현상 | 복잡계와 카오스

7장 특수 상대성 이론

7-1 빛은 항상 마이 페이스 | 광속도 불변의 원리

7-2 누구나 자신의 공간과 시간을 살고 있다 | 관성계와 고유 시간

7-3 광시계로 시간을 쪼개서 | 시간의 지연과 로렌츠 인자

7-4 공간도 변모한다 | 로렌츠 피츠제럴드 수축

7-5 뮤온이 보는 세계 | 상대성 이론의 모순이 없는 체계

7-6 4차원 시공은 표현할 수 있어! | 민코프스키 다이어그램

7-7 우주 여행을 하면 젊음이 유지될까? | 우라시마 효과

7-8 운동하는 광원에서 오는 빛은 파장이 변한다 | 도플러 인자

7-9 운동하는 광원에서 오는 빛은 보이는 방향까지도 바뀐다 | 광행차                   

7-10 형태가 없는 에너지와 물질의 등가 교환 | 아인슈타인의 식

8장 일반 상대성 이론

8-1 낙하 중에는 자신의 무게를 느끼지 못한다 | 등가 원리

8-2 느끼지 못하는 계와 느끼는 계 | 비관성계와 고유 시간

8-3 중력장에서도 시간이 지연된다 | 시간 지연과 지연 함수 

8-4 내비게이션은 일반 상대성 이론적? | 시간 지연의 실증 

8-5 반드시 직선이어야 하나요? | 비유클리드 공간

8-6 광선이 휘어지는 불가사의 | 임베디드 다이어그램

8-7 시간을 여행한다 | 중력장 타임머신

8-8 중력장을 만나면 빛도 적색 편이가 생긴다 | 중력 적색 편이

8-9 ‘가능한 모든 경로’를 통해 | 최단 거리로 중력장 내에서의 ‘직선’

8-10 우주를 나타내는 기본 방정식 | 아인슈타인 방정식

8-11 선을 넘으면 돌아올 수 없다 | 블랙홀

8-12 눈앞에 자신의 뒷머리가 보인다 | 광자 반경과 블랙홀 그림자

8-13 일반 상대성 이론은 우주도 해석할 수 있다 | 우주 팽창

8-14 시공에 전해지는 금빛 잔물결 | 중력파

9장 양자론과 양자 역학

9-1 미시적인 세계의 물리학 | 양자론, 양자 역학

9-2 세상은 원자와 진공으로 이루어져 있다 | 원자론

9-3 분할 불가능한 것이 분할 가능하다 | 전자, 양성자, 중성자

9-4 양자의 등장 | 광양자 가설

9-5 모든 것은 파동이다 | 입자와 파동의 이중성

9-6 전자는 정해진 궤도를 돈다 | 보어의 원자 모형

9-7 전자의 궤도는 불연속적이다 | 양자 조건

9-8 행렬이나 허수를 사용하여 계산한다 | 행렬 역학과 파동 역학

9-9 미시적인 세계는 확률적이고 불확정 | 확률 해석과 불확정성 원리

9-10 주사위 놀이를 하는 신 | 코펜하겐 해석

9-11 용기와 내용물은 원래는 같은 것 | 장의 양자론

10장 소립자론

10-1 에너지를 빼앗아가는 보이지 않는 물질 | 뉴트리노

10-2 원자핵을 연결하는 것 | 중간자

10-3 물질을 구성하는 기본 입자 | 쿼크와 렙톤

10-4 쿼크와 렙톤에 작용하는 힘 | 전자기력, 약한 상호 작용, 강한 상호 작용, 그리고 중력

10-5 남겨진 과제는 중력 | 대통일 이론 

10-6 물질 입자와 힘 입자의 통일 | 초대칭성 입자

10-7 통일 이론(만물 이론)으로의 여정 | 초끈 이론

10-8 빛이 질량을 갖게 하는 | 힉스장과 힉스 보손

참고문헌

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