과학 산책, 자연과학의 변주곡 (과학과 함께하는 인류의 삶)

과학 산책, 자연과학의 변주곡 (과학과 함께하는 인류의 삶)

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Description
과학과 함께하는 인류의 삶

오늘날 우리는 단 하루도 과학과 기술을 사용하지 않는 날이 없다. 인간의 삶에 깊숙이 자리한 과학은 언제 탄생했고, 어떤 발전 과정을 거쳐 지금에 이르렀을까? 그리고 앞으로 어떤 모습으로 인류와 함께하게 될까?
17세기에 시작된 근대 과학은 인류 문명을 획기적으로 발전시켰다. 과학은 진보에 진보를 거듭하고 시대에 부응해 변화해 왔으며, 20세기의 현대 과학이 새롭게 알아낸 지식은 놀랄 만큼 방대하고 엄밀하다. 물리학은 우리 눈으로 볼 수 없는 작은 원자의 세계부터 가장 큰 우주에 이르기까지 많은 것을 알려 주었고, 화학은 양자역학을 이용해 나일론, 플라스틱 등 신비에 가까운 물질들을 만들어 냈다. 지구과학은 우리가 사는 세상에 대한 이해를 도왔고, 생물학은 유전의 비밀을 밝혔으며 항생제와 백신은 인류가 건강하게 살 수 있게 해 주었다. 인터넷과 통신기술은 전 세계를 하나로 연결하였다.
과학은 제대로 이용하면 인류의 삶을 풍요와 평화의 길로 안내하지만, 그렇지 못하면 파멸과 파국의 길로 이끌 수도 있다. 핵무기 개발, 개인 정보 유출, 에너지 낭비와 기후 변화 등은 과학의 부작용이라고 할 수 있을 것이다. 그러므로 과학과 함께 살아가는 우리는 과학을 올바르게 이해하고 제대로 활용할 수 있도록 과학적 소양(Scientific literacy)을 갖춰야 한다.
우선 자연을 이해하려면 자연 현상에 대한 과학 이론의 설명을 이해할 수 있어야 한다. 심도 있는 내용까지는 아니더라도 어떤 이론이 우리 삶의 어떤 부분에 어떻게 적용되는지, 그 도덕적 함의는 무엇인지 정도는 파악해야 한다. 또한 과학적 사고에 기초하여 의식적으로 반성하고, 실증적으로 검토하고, 합리적이고 논리적으로 따져 보아야 진실에 다가갈 수 있다. 인간의 행동이 자연을 변화시킨다는 것을 의식하고 일상생활에서 현명한 결정을 내리려면 과학적 지식을 활용할 수 있어야 한다. 오늘날 전 지구적 문제인 기후 변화의 심각성을 정확히 인지하고 그에 요구되는 행동을 취하기 위해서도 과학적 소양이 필요하다. 이런 점에서 최첨단 과학기술 사회인 21세기를 살아가는 모든 이에게 과학적 사고방식이 요구된다고 할 수 있다.

과학의 눈으로 바라보는 세상

이 책은 교육 현장에서 과학 지식 전파와 과학의 대중화에 힘쓰고 있는 18명의 자연과학 전문가들이 모여 자연과학 전체를 아우르는 핵심 이론과 개념을 소개하고, 과학적 사고의 중요성을 전하는 책이다. 과학이 발견한 자연에 대한 새로운 이해를 소개하며, 문과와 이과를 망라한 모든 학생 그리고 일반 대중에게 과학의 참모습을 보여 주고 과학적 소양을 기를 수 있도록 하고자 집필되었다.
1장에서는 과학과 과학적 사고방식의 의미를 설명한다. 2장에서는 뉴턴의 운동 법칙, 물리학의 네 가지 힘(중력, 전자기력, 강력, 약력), 양자역학, 에너지의 개념, 열역학 법칙 등을 살펴본다. 3장에서는 관성계, 상대성 이론, 우주의 탄생, 별과 행성의 진화 등을 알아보며 4장에서는 원자와 원소의 개념, 파동역학, 분자의 결합과 구조, 화학 반응 등을 살펴본다. 5장에서는 지구의 탄생과 구조, 원시 생명체, 지질 현상 및 기후 변화 등을, 6장에서는 생명체의 구조와 진화론, 돌연변이, DNA, 유전, 세포분열 등에 대해 알아본다. 마지막으로 7장에서는 소재 기술과 바이오 에너지, 유전자편집, 인공지능, 빅데이터, 백신 논쟁 등에 대해 다룬다. 이해를 돕는 팁과 이미지가 삽입되어 있으며, 각 장의 끝부분에는 해당 내용과 관련된 문제를 제시하여 생각해 볼 수 있는 시간을 제공한다.
과학의 정신과 본질을 이해하고, 과학과 기술의 가치를 중요히 여기며, 과학과 관련된 사회 문제에 대해 올바른 판단을 할 수 있도록 과학에 대한 더 깊은 이해와 사고를 통해 과학과 함께하는 삶을 걸어가 보자.
저자

교양과학연구회

[집필진]
곽영직_수원대학교물리학과교수
권영균_경희대학교물리학과교수
김범준_성균관대학교물리학과교수
김원섭_충북대학교강사
김응빈_연세대학교시스템생물학과교수
김항배_한양대학교물리학과교수
김혜영_한국체육대학교교양과정부물리학교수
김희준_서울대학교화학과명예교수
이강영_경상대학교물리교육과교수
이덕환_서강대학교화학·과학커뮤니케이션명예교수
이명현_과학책방‘갈다’대표
이보경_연세대학교학부대학화학교수
이상욱_한양대학교철학과교수
장수철_연세대학교학부대학생물학교수
좌용주_경상대학교지질학과교수
정진수_충북대학교물리학과교수
조천호_경희사이버대학교기후변화특임교수·국립기상과학원전원장
최무영_서울대학교물리·천문학부교수

목차

들어가며

[1장]과학의본성:세상을이해하는기본지식과사고방식

1절.과학지식의여러가지모습
1.‘과학’의의미
1)과학은특별한방식으로세상을본다
2)과학은특별한방식으로사고한다
3)과학지식에는위계가있다
2.과학과사회
1)과학은문화를만든다
2)과학은사고의패러다임을바꾼다
3)미래에는과학적소양이필요하다

2절.과학적사고방식의의미
1.‘과학적’이란것의의미
1)과학적방법은문제를효율적으로해결한다
2)여러분야의과학이공유하는공통개념
2.과학적방법이바꾼인류의문명
1)과학은문명을만든다
2)미래인류생존을위한과학

*1장연습문제


[2장]과학에서법칙의의미:변하는것설명하기,변하지않는것찾기

1절.과학법칙이바꾼세계관
1.물체의운동을지배하는‘힘’
1)운동을이해하는두방식-아리스토텔레스와갈릴레이
2)수학으로기술하는뉴턴의운동법칙
2.물리학의네가지기본힘
1)우주를지배하는힘-중력
2)지상을지배하는힘-전자기력
3)원자핵을묶는힘-강력
4)원자핵을깨는힘-약력
3.20세기가발견한신세계-양자역학
1)원자의내부구조를찾아내다
2)오래걸려서찾은양자개념
3)새로운문명을만든양자역학

2절.변하는에너지의형태,변하지않는에너지의총량
1.에너지
2.일과역학적에너지의보존
1)일을하지않는힘도있다
2)일을하는힘은운동에너지를만든다
3)퍼텐셜에너지를알면에너지보존이보인다
4)보존력과비보존력
3.에너지의생산과이용
1)발전기는전자기력을이용한다
2)전력의수송을담당하는스마트그리드

3절.거시세계의질서를알려주는열역학법칙
1.열역학제0법칙과온도의정의
1)섭씨온도눈금의정의
2)기체의부피가사라지는절대영도
2.열역학제1법칙과에너지보존
1)분자의운동에너지:내부에너지
2)열역학제1법칙은에너지보존법칙이다
3.열역학제2법칙과엔트로피증가
1)열기관과열역학적엔트로피
2)볼츠만의통계역학적엔트로피
3)열역학제2법칙과시간의화살

*2장연습문제


[3장]우리가보는세상에대한설명

1절.우리생활을이해하는기반:시간과공간
1.관성계와상대성
2.아인슈타인의특수상대성이론
1)빛의속력에대한실험과이론
2)시간과공간은관측자에따라달라진다
3.아인슈타인의일반상대성이론
1)등가원리와중력에의한시공간변화
2)일반상대성이론의실험적증거
3)2017년노벨물리학상:중력파

2절.137억년전우주의탄생과별의미래
1.우주의탄생
1)우주는빅뱅에서시작했다
2)우주초기에탄생한수소와헬륨
3)은하와별의탄생
2.별과행성의진화
1)무거운원소는초신성이만든다
2)평범한태양을도는지구는특별한행성이다
3.우주의미래

*3장연습문제


[4장]우리가보지못하는작은세계에대한설명

1절.원자,분자,물질
1.원자의세계
1)원자,물질을이루는기본단위
2)원자들이모여서만드는다양한물질
3)멘델레예프의주기율과비활성기체
4)보어모델과파동역학
2.분자의세계
1)화학결합
2)분자구조와물질의성질

2절.원자결합이만드는생명의기본물질
1.화학반응속도
2.생명의화합물
1)산과염기
2)아미노산과단백질
3)뉴클레오타이드와DNA
4)인지질

*4장연습문제


[5장]우리가발을딛고사는지구에대한설명

1절.45억년전탄생한지구의구조
1.푸른행성지구의탄생
1)지구는약50억년전에탄생했다
2)지구의껍질과속은매우다르다
3)약27억년전에생명체가출현했다
2.지구내부의순환
1)살아움직이는지구를만드는핵
2)맨틀이대륙을움직이다
3)초대륙이알려주는미래의지도
3.지구의운동과생태계
1)지구환경변화는생태계를바꾼다
2)지구는심각한기후변화를겪고있다

2절.인류가바꾸는지구의위험한환경
1.기후변화의원인
1)기후는변함이없고날씨는변한다
2)기후를좌우하는지구의순환
3)지구의급소인온실가스
2.기후위기
1)기후변화는아직모두드러나지않았다
2)이제극한날씨가정상이다
3.기후변화대응
1)미래는‘주어지는것’이아니라‘이루어가는것’이다
2)기후위기는우리삶을성찰하게한다

*5장연습문제


[6장]우리와닮은생명에대한설명

1절.환경의변화에적응하며진화하는생명
1.다양성과통일성
1)생물종은매우다양하다
2)생물종은계속바뀌지만공통점도있다
2.창발성과복잡계
1)세포는생명의기본단위이다
2)세포위아래로다양한서열구조가있다
3)생물의복잡계는창발성에서시작한다
3.진화론과돌연변이
1)화석기록에따르면생물은공통조상에서시작했다
2)생물들은끊임없이변화하고있다
3)돌연변이는염색체의수또는구조의변화,염기서열의변화이다
4)돌연변이는진화에기여한다
4.자연선택과인공선택
1)인류는오래전부터인공선택을수행했다
2)자연에서는남긴자손의수가중요하다
3)자연선택은적응에기여한다

2절.다음세대로전달되는생명의속성
1.생명의속성과유전물질
1)생명에는여러속성이있다
2)유전을담당하는물질은DNA이다
3)DNA는단백질을이용해복제한다
2.중심원리
1)전사와번역은유전자형과표현형을연결한다
2)전사는DNA정보를베껴RNA를합성한다
3)번역은RNA정보를이용하여폴리펩타이드를합성한다
3.멘델의법칙과유전
1)멘델의법칙:분리의법칙과독립의법칙
2)우성과열성의관계는다양하고복잡하다
3)인간의유전형질도멘델법칙을따른다
4.세포분열과감수분열
1)세포분열은클론을만든다
2)부모는자손에게유전자를물려준다
3)감수분열은유전적으로다양한딸세포를만든다
5.현대생물학과유전체학

*6장연습문제


[7장]미래문명을여는과학과기술

1절.인류문명을열어온과학과기술
1.인류문명의변화에대한두가지기술
1)기술에의한생활양식의변화
2)소재에의한생활양식의변화
2.에너지기술의발달
1)에너지소비증가와에너지전환
2)전기의등장
3)석유와천연가스
4)바이오연료와수소에너지
3.인류의미래
1)미래의기술:NBIC융합
2)기술의사회적가치
3)기술의사회적수용성

2절.인류문명을열어갈과학과기술
1.과학과기술
1)과학,기술,공학
2)과학과기술·공학의상호작용
3)과학,삶,사회
4)산업혁명과21세기첨단기술발전
2.과학기술과인류의미래
1)인류세의도전과에너지문제
2)생명공학의쟁점:바이오뱅크,유전자편집
3)정보통신공학의쟁점:빅데이터,인공지능
4)과학과함께사는삶:백신논쟁을중심으로

*7장연습문제