문답 형식으로 구성된 쉬운 물리학 이론

이 책은 호기심이야말로 과학을 공부하는 가장 중요한 덕목임을 강조한다. 과학을 제대로 이해하고 깊이 있게 공부하기 위해서는 모든 답을 그 자리에서 바로바로 알려주는 요술 주머니를 가진 것보다 매사 호기심과 의문을 가지고 질문하기를 두려워하지 않는 자세가 무엇보다 중요하기 때문이다.

과학의 위대한 도약은 거의 항상 실수와 질문을 두려워하지 않는 호기심 많은 사람들의 노력으로 이루어져 왔다. 기존의 지식에 얽매이지 않는 유연함, 따라서 자유롭게 새로운 것을 창조할 수 있지만 확실히 질문으로 가득 차 있고 답을 찾는 즐거움을 누릴 수 있는 두뇌를 가진 젊은이들 말이다. 과학을 흥미롭게 받아들이기 위해서는 어렸을 때 장난감의 메커니즘을 알아내기 위해 그것을 분해하고 부모님의 머릿속을 “왜?”라는 질문으로 가득 채웠던 것처럼 해야 한다. 바로 우리가 지금 만나게 될 그들처럼 말이다. 

위대한 과학자들과 나누는 지적인 대화

우리가 하는 질문에는 이미 답이 존재하는 것과 앞으로 찾아내야 할 것, 두 가지 길이 존재한다. 물론 답이 있는 문제라면 선생님께 질문할 수 있고, 책을 찾아보거나 인터넷 검색을 통해 궁금증을 쉽게 해결할 수 있을 것이다. 애석하게도 답이 아직 존재하지 않는 질문이라면 그들이 그래왔듯이 우리 역시 직접 그것들을 찾아낼 수 있을 것이다. 이와 같은 과정에서 그들이 찾은 대답은 자연을 이해하는 인간 사고의 능력에 대한 아름다운 기념비가 되었으며, 오늘날 ‘고전 물리학’이라고 불리게 되었다. 이것이야말로 진정한 과학이며 인류를 추동하는 힘이다. 

이 책은 크게 고전 물리학의 핵심 영역을 7개 분야로 나누어 100여 개가 넘는 질문을 던지고 함께 토론하며 과학자들과의 지적인 소통을 이어가는 형식으로 구성되어 있다. 우리가 익히 알고 있는 위대한 과학자들이 역사를 통해 자신에게 물었던 질문을 따라가고 있는 것이다. 

피보나치, 코페르니쿠스, 브라헤, 케플러, 갈릴레이, 데카르트, 하위헌스, 뉴턴, 헬름홀츠, 프랭클린, 쿨롱 등 이 책에 등장하는 걸출한 인물들은 과학 교과서에 반드시 등장하는, 그야말로 세상을 바꾼 위대한 과학자들이다. 그들의 연구 성과가 인류 발전의 역사로 이어졌다고 해도 과언이 아닐 것이다. 그들이 궁금증을 키우고 이를 해결하고자 실천했던 연구와 관찰은 이후 이어진 수많은 연구에 중요한 초석이 되었다.

공식은 말할 것도 없고 숫자조차 없었던 시기에 속도를 구하고, 망원경과 전기를 발명하게 된 과정, 또 이러한 연구들을 기초로 차근차근 역사의 수레바퀴를 굴려 물리학의 토대를 이룬 기본 개념들을 대화체로 쉽게 풀어내어 보다 쉽고 흥미롭게 물리학 이론을 이해할 수 있다. 따라서 앞으로 물리학을 본격적으로 공부하게 될 청소년이나 평소 물리학에 관심을 두고 있는 일반인 모두에게 유익한 지침서가 되어줄 것이다. 

서문 

처음부터 시작해봅시다

- 아리스토텔레스의 꿈 - 아랍인인가 인도인인가? - 대학 문화

- 운동학? - 달리고 또 달리고 - 속도 그리기 - 컴퓨터 말고도! - 예술 공방

- 예술가이자 발명가 

천체역학

- 거꾸로 뒤집힌 우주 - 위대한 혁명 - 무엇이 이상한가?

- 대단한 발견, 아메리카! - 그만하면 충분해! - 앞으로 뒤로 - 축구공처럼

- 멋진 비율 – 시차? - 모든 논리에 반하는 - 천재가 수줍어할 때

- 아니, 코페르니쿠스, 그렇지 않아요 - 모든 좋은 것은 세 가지로 온다…

- 별과 혜성 - 천구는 이제 그만! - 궤도를 위한 시간 - 황제의 수학자

- 원에서 타원으로 - 우주의 음악 - 원동력이 필요하다

하늘에서 땅으로

- 망원경 - 내 욕망의 거울… - 별, 위성, 행성 - 크고 작은 금성

- 아무리 머리카락이 엉켜도 언젠가는 빗에 걸린다 - 겉보기는 속기 쉽다

- 마차, 배… 그리고 기차 - 오르막과 내리막 - 관성의 원리 - 상대성 원리

- 재판과 유죄 판결 - 어떻게 낙하할까? - 슬로 모션 - 고양이와 방정식

- 나눗셈, 이 미지의 영역 - 최고 속도로 - … 운동의 법칙- 동전과 손수건

- 우주라는 기계 - 새로운 관성의 원리 - 착시 현상 - 무지개의 모든 색

- 기하학자의 활약 - 파동 위에 파동…

사과에서 달까지

- 프린키피아의 원리 – 물론… - 원격 상호작용 – 보존 - 일과 일이 있다

- 관점 - 또 다른 일 - 버려지는 것은 없다 – 롤러코스터 - 주목해주세요

- 위대한 갈릴레오!

전도선

- 예상치 못한 유출 - 기공과 회오리 - 데카르트와 함께 - 보이지 않는 힘

- 쉬운 실험 - 절연체와 도체 - 뒤페의 규칙 - 인력과 척력 - 다른 전기

- 자동 문지르개 - 병에 담긴 전기 - 치명적인 충격 - 신세계로부터의 충격

- 찌릿한 경험 - 라이덴병, 수수께끼가 밝혀지다 - 천둥과 번개 - 쿨롱의 비범한 재능

- 방정식이 필요하다 - 볼타 전지 - 볼타와 갈바니 - 동물 전기…? - … 아뇨, 됐어요!

자기

- 닫힌 회로 - 전선을 잊지 마세요… - … 그리고 나침반을 잊지 마세요

- 회전력 - 조용한 크리스마스 아침 - 힘의 선 - 방사형 화살 - 장을 가로질러 가기

- 전류 깜빡임 - 교류 전류 - 찌릿한 만남 - 맥스웰 방정식 - 무선으로

- 벨 에포크, 아름다운 시대

열의 움직임: 열역학

- 실생활에서의 경험 - 뜨거운 물의 발견 - 하나로 묶인 것을 분리하다

- 생각해보기 - 의사와 온도계 - 세상은 사다리로 이루어져 있다 - 열소의 무게

- 더 많은 미스터리 – 비열이란 - 비열과 마찰 - 칼로리 앰플 - 미국인들이 오다

- 뜨거운 부스러기 - 그리고 다시 원점으로 돌아오다 - 증거가 필요해!

- 열기관 - 기계 과정과 순환 - 첫 번째보다 먼저 - 양조장 실험

- 편집자에게 보내는 편지 - 잠시 멈춰보세요! - 대단한 물리학자!

- 올라갈 사다리는 항상 있다 - 누가 옳은가? - 열소의 사망 이후 - 열과 운동

- 첫 번째는 두 번째다 - 판타 레이 - 운동과 열 – 엔트로피 - 노화는 물리적 문제

- 물건들은 스스로 정돈되지 않는다 - 안 하는 것보다 늦는 것이 낫다 - 통계

- 엉망진창이야! - 끝으로, 세 가지 문제 – 첫째, - 둘째… - … 그리고 셋째

부록

- 타원이란 무엇인가

- 케플러의 세 가지 법칙

- 데카르트 평면에 다른 직선 그리기

- 두 점을 지나는 직선 찾기

- 동전의 낙하 속도

- 새로운 수학

- 균일하게 가속되는 운동

- 맥스웰 방정식

- 카르노 기관의 작동 원리

- 열기관의 효율