물리학자의 시선 (노벨상을 받은 위대한 물리학 실험들을 만나다)

물리학자의 시선 (노벨상을 받은 위대한 물리학 실험들을 만나다)

$19.00
Description
“노벨상을 받은 과학자들의 생각은 무엇이 달랐을까?”
“노벨상 과학자들이 창안한 물리학 실험과 이론은
이해하기 어렵고 복잡한 것일까?”

많은 사람들은 노벨상을 ‘복잡하고 어려운 수식이나 원리를 발견하거나 인류에 공헌할 만한 발명품을 만든 사람’이 받는 것이라고 생각한다. 하지만 지금까지 노벨상 수상 이력을 살펴보면 대개는 단순한 원리에 집중하고 몰입하여 새로운 것을 발견한 사람들에게 수상의 영광이 돌아간 것을 알 수 있다. 저자는 이 책을 통해 노벨상을 받은 과학자들의 생각은 다른 사람들과 어떻게 다른지, 또 그들에게 노벨상을 안겨 준 원리와 실험은 정말 어렵고 복잡한 것인지 밝히고자 한다. 특히 복잡한 수학 공식을 사용하지 않고도 물리학의 발전에 큰 공헌을 한 실험들을 제시하여 물리학의 기본 원리와 실험 과정, 결과를 충분히 살펴볼 수 있다. 이 책은 청소년들에게 물리학에 대한 흥미와 이해를 높이고 노벨상에 대한 꿈과 희망을 가질 수 있도록 도와주는 안내서이다.

새로운 아이디어와 집념으로 과학 노벨상에 도전하라,
노벨상은 그리 멀지 않은 곳에 있다!

1901년 노벨상이 제정된 이후, 아시아 지역에서는 단연코 일본이 가장 많은 노벨상 수상자를 배출했다. 물리학과 화학 분야에서만 17명이 수상했으며, 생리의학상도 5명이나 수상했다. 일본 과학자들이 우리나라 과학자들보다 실력이 뛰어나서일까? 아니면 우리나라의 과학 인프라가 뒤처지는 것일까? 저자는 이 물음에 대한 답을, 책을 쓴 이유에 빗대어 다음과 같이 말한다.

필자의 학창 시절에는 청소년들이 읽을 수 있는 과학에 관한 책이 거의 없었습니다. 어렸을 때부터 여러 현상들에 큰 호기심을 가졌고 그 이유를 알고 싶어 하던 나의 염원의 하나는, 이러한 의문들을 풀어 줄 과학책을 가지는 것이었습니다. 그러나 그때로부터 오랜 시간이 지난 지금도 어린 학생들이 읽고 이해할 만한 과학의 기본 원리를 알기 쉽게 설명한 책은 여전히 찾기가 쉽지 않아 보입니다. 이는 어쩌면 노벨 물리학상이나 화학상, 의학상 등의 수상자들을 계속해서 배출하고 있는 이웃 국가인 일본이나 중국과 달리, 아직 이 분야에서 단 한 명의 수상자도 내지 못하고 있는 우리의 현실과 맞닿아 있을지도 모릅니다. 그리고 이는 우리 민족의 창의력이 그들보다 못한 것이 아니라, 과학의 기본 원리의 중요성에 대한 인식과 이러한 원리를 찾으려는 집념의 부족 때문이 아닌가 생각됩니다.
이러한 이유로 이 책에 노벨 물리학상을 받은 실험들을 중심으로 청소년들에게 중요한 물리학 실험의 원리, 실험을 하게 된 배경, 또 그 실험들이 이룩한 성과 등을 열성을 다해 소개한 것은 나의 세대가 받지 못했던 노벨상(물리학상, 화학상과 의학상)을 다음 세대에는 꼭 받을 수 있는 계기를 마련해 주려는 뜻이 담겨 있습니다.

이 책은 저자가 이야기하듯이 물리학에 큰 공헌을 한 실험들의 배경과 그 원리, 과정과 결과에 대한 지식을 총정리한 것이다. 저자는 매 장마다 실험과 원리를 소개하면서 ‘노벨상은 복잡하고 어려운 실험이나 원리를 발견한 사람이 받는 것이 아니다’라고 강조하고 있다. 또 책을 읽는 독자들이 어렵게 느끼는 물리학을 쉽게 풀어내는 동시에 왜 ‘기본’이 중요한지 알려 준다. 특히 여러 번 기회가 있었음에도 불구하고 노벨상의 영광을 다른 이가 가져가는 것을 본 과학자들의 사례를 들어 아무리 간단한 원리와 실험이라도 가볍게 보지 않고 반복하고 집중하는 과학자의 자세를 본받고 배우기를 권한다. 바꿔 말하면 과학자의 꿈을 키우는 청소년들이 주변을 면밀히 관찰하고 새로운 것을 발견하려 노력하며, 단순한 것도 그냥 지나치지 않는 날카로운 시선을 유지하기를 바라는 저자의 소망이 담긴 책이다.

세상을 바꾼 위대한 과학자들과 과학 실험에 얽힌,
상식을 뒤집는 흥미로운 이야기들!

우리가 지금 스마트폰으로 원하는 것을 검색하고, 웹툰이나 SNS를 즐길 수 있는 것은 모두 물리학 덕분이다. 더 간단하게는 지금 이 책을 읽고 있는 것도 물리학의 발전이 없었다면 불가능한 일이다. 물리학이라는 큰 틀이 존재하지 않았다면 우리가 누리는 풍요로운 환경과 문화는 갖추기 어렵다고 해도 과언이 아니다. 많은 사람들은 문명의 이기를 사용하고 혜택을 받고 있지만 정작 그 안에 숨겨진 과학 원리에 대해서는 큰 관심을 가지지 않는다. 이 안에 담긴 복잡한 작용들이 사실은 지극히 간단한 원리와 실험을 바탕으로 하고 있다는 사실을 아는 사람은 얼마나 될까?
겨우 덧셈과 뺄셈 정도의 사칙연산이 자신이 알고 있는 셈법의 전부라 자신의 발견을 공식으로 정리할 수 없었던 마이클 패러데이. 그의 전자기 유도 현상과 원리가 없었다면 발전기와 변압기는 꿈도 못 꾸었을 일이다. 여러 과학자들이 수도 없이 발견했지만 관심을 가지지 않았다가 레나르트와 아인슈타인에 이르러서야 해석할 수 있었던 광전 효과가 무관심 속에 묻혔다면 프린터기는 구경도 못 했을 것이다. 이외에도 어니스트 로런스의 입자 가속기, 마르코니의 무선 전신, 밀리컨의 기름방울 실험 등과 같이 물리학 발전에 이바지한 실험들은 모두 그들이 실패를 두려워하지 않고 꾸준히 실험을 수행하며 작은 것도 놓치지 않으려는 집념을 가지고 있었기에 가능한 일이다.
만약 ‘물리학자의 시선’이라는 이름으로 복잡한 수식과 어려운 용어, 이해하기 힘든 그래프로 이야기가 채워져 있었다면 노벨상이 가깝기는커녕 멀리 도망갔을지도 모른다. 그래서 이 책에서는 단순히 물리학의 원리나 이론만을 내세우지 않는다. 빛나는 업적에 가려진 뒷이야기들도 함께 다루며 독자의 흥미를 유발한다. 방사능 연구의 대가인 마리 퀴리의 옛 연인에 대한 이야기나 핵분열과 연쇄 반응을 해석하는 데 큰 공헌을 한 리제 마이트너가 노벨상을 받지 못한 이유, 기름방울 실험에 많은 아이디어를 제공했던 플레처가 그의 이름을 논문에서 뺄 때 밀리컨과 나눈 모종의 거래 등 흥미로운 이야기들로 가득하다. 특히 아인슈타인과 함께 20세기 최고의 물리학자로 알려진 리처드 파인만의 입을 빌려, 과학자들이 자신의 이론을 입증하기 위해 연구 데이터를 어떻게 선별했는지를 이야기한 부분은 과학자의 윤리 의식 문제를 다시 한 번 돌아보게 한다. 이러한 이야기들 덕분에 과학 분야에 문외한이고 관심이 없는 사람일지라도 마치 옛날이야기를 듣는 것처럼 자연스럽게 빠져들게 된다.
비록 물리라는 이름을 달고 있지만 이 책은 과학의 발전 과정을 담은 역사책이기도 하고, 과학자들의 고뇌와 번민을 엿볼 수 있는 위인전이기도 하다. 이 책이 청소년들에게 물리학에 대한 ‘진입 장벽’을 낮추고 인류에 공헌할 수 있는 새로운 실험과 원리를 창안해 내는 작은 계기가 되기를 간절히 바란다.
저자

김기태

서울대학교수학과를졸업하고미국네브래스카대학교대학원에서고체물리학을전공했다.이후미국시카고Sherwin­Williams사의중앙연구소연구원,캘리포니아GuidanceTechnology사의연구개발실장을거쳐일본롯데전자상무,㈜아신전기사장,말레이시아V-SAshinCorporation사장등을지냈다.2011년부터는HK­Turbine사의회장으로왕성하게활동하고있다.헤론­김터빈,김로터리엔진등을발명했으며그에관한국내특허와국제특허를다수취득한바있다.지은책으로는『엔진의역사』,『유쾌한물리학』(우수과학도서),『물리학의진로를바꾼40가지위대한실험들』,『히스토리오브미스터리』등이있다.

목차

들어가는글/노벨물리학상을받은주요수상자들

01빛의속도측정_올레뢰머
소리보다빠른빛|갈릴레이의광속측정|뢰머의광속측정|뢰머의방법으로빛의속도계산하기|광속측정의역사적의미
*알려지지않은놀라운물리이야기:코란에빛의속도계산법이있다?
*인물탐구:올레뢰머

02엑스(X)선의발견_빌헬름뢴트겐
우연히발견한,알수없는빛X선|X선의발견과정|과학자로서의사명감을중시한뢴트겐|X선관은어떻게작동할까?
*알려지지않은놀라운물리이야기:뢴트겐보다먼저X선을발견한사람이있다?
*인물탐구:빌헬름뢴트겐

03방사선과방사능_앙리베크렐,퀴리부부
방사선의발견과정|퀴리부부의방사능연구
*알려지지않은놀라운물리이야기:탐구력도모전여전,이렌졸리오퀴리
*인물탐구:앙투안앙리베크렐,퀴리부부

04전자기유도현상_마이클패러데이
산수도제대로못하는과학자?|뛰어난실험화학자,패러데이|전자기유도의발견
*인물탐구:마이클패러데이

05전자의발견_조지프존톰슨
음극선과전자발견의배경|전자발견에관한실험|톰슨의플럼푸딩원자모형
*인물탐구:조지픈존톰슨

06광전효과_하인리히헤르츠,필리프레나르트,알베르트아인슈타인
광전효과의발견|광전효과와빛의파동|광전효과의해석과광양자설|광전효과의인한여러현상|광전효과의응용|복사기와레이저프린터의원리|뉴트리노검출기,슈퍼가미오칸데

07방사선과안개상자의발명_찰스톰슨리스윌슨
안개상자발명의배경|안개상자의개량|안개상자만들기
*인물탐구:찰스톰슨리스윌슨

08전자파의발견과응용_하인리히헤르츠,굴리엘모마르코니
전자기파를발견한하인리히헤르츠|무선전신의배경|마르코니와무선통신실험|광전효과와무선통신

09알파입자산란실험과원자모형_한스가이거,어니스트마스덴,어니스트러더퍼드
알파입자산란실험의배경|알파입자산란실험의과정|알파입자산란실험의결과|러더퍼드의원자모형
*인물탐구:어니스트러더퍼드,한스가이거,어니스트마스덴,나가오카한타로

10프랑크-헤르츠실험_제임스프랑크,구스타프헤르츠
프랑크-헤르츠실험의배경|프랑크-헤르츠실험과정|프랑크-헤르츠실험결과
*인물탐구:제임스프랑크,구스타프헤르츠

11기름방울실험_로버트밀리컨,하비플레처
기름방울실험의배경|기름방울실험의과정|과학실험을둘러싼진실공방
*알려지지않은놀라운물리이야기:기름방울실험에얽힌비망록
*인물탐구:로버트밀리컨,하비플레처

12진공관의발명_토머스에디슨,리디포리스트
진공관발명의배경|이극관의발명|이극관의정류작용|삼극관의발명|삼극관의정류작용|삼극관의증폭작용|삼극관의발진작용|삼극관의증폭회로|영상송신의발전과정|닙코원판과영상분해|브라운관의원리

13원소변환과핵폭탄_프레더릭소디,엔리코페르미,레오실라르드,오토한,리제마이트너
원소변환과연금술|영국:어니스트러더퍼드와프레더릭소디|프랑스:이렌졸리오퀴리와프레데리크졸리오퀴리|이탈리아:엔리코페르미와레오실라르드|독일:오토한과리제마이트너|원자핵의연쇄반응|원자폭탄의원리|원자로의작동원리

14질량분석기의발명_조지프존톰슨,프랜시스애스턴,아서뎀프스터,한스데멜트,볼프강파울,존펜,다나카고이치
질량분석기발명의배경|질량분석기의원리
*인물탐구:다나카고이치

15입자가속기의발명_존콕크로프트,어니스트월턴,로버트반데그라프,롤프비데뢰,어니스트로런스
콕크로프트­월턴입자가속기|반데그라프와고압발생기|반데그라프발전기의원리|반데그라프발전기의구조|선형가속기의발명|사이클로트론의발명|사이클로트론의원리|싱크로사이클로트론(싱크로트론)

16열전기현상_토마스제베크,장찰스펠티에,윌리엄톰슨
열전기현상의역사와제베크효과|펠티에효과|열전기현상의미래|열전기현상의사례

17트랜지스터와집적회로_존바딘,윌리엄쇼클리,월터브래튼
트랜지스터의발명|트랜지스터의구조|트랜지스터와트랜지스터라디오

18초전도현상과초전도체_헤이커카메를링오너스,존바딘,리언쿠퍼,존로버트슈리퍼
헤이커카메를링오너스와초전도체의발견|마이스너효과|BCS이론|조지프슨효과|초전도체의역사|초전도체의미래

부록_편지해석본
찾아보기
그림출처

출판사 서평

◆이책의구성

『물리학자의시선』은노벨상을받은물리학실험들을중심으로구성되어있다.총18장에달하는이책은물리,아니과학에관심이없는사람이라도상식으로알아야할위대한실험들이실려있다.
1장은빛의속도측정에관한것으로빛의속도를최초로측정하려시도한갈릴레이의실험과목성과이오의일식주기를이용해실제로빛의속도를계산한올레뢰머의이야기를담고있다.
2장은엑스(X)선을발견한빌헬름뢴트겐을중심으로발견과정과그의과학자로서의신념을여실히살펴볼수있는일화를다루고있다.특히다른과학자들이음극선실험을수도없이했음에도이놀라운업적이뢴트겐에게돌아간것을언급하며새로운현상에대한과학자의태도를고민하도록한다.
3장은앙리베크렐과퀴리부부의방사선과방사능연구에대한내용이다.방사선의발견과정을다루는동시에퀴리부부의새로운방사능원소발견까지정리하고있다.
4장은전자기유도현상으로수학은거의하지못했던패러데이가오직실험과발견만으로얼마나위대한업적을이루었는지알려준다.또한당시계급이철저하게분리되어있던영국사회에서패러데이가가난과역경을극복하고연구에몰입하는모습을보여주어과학자를꿈꾸는독자들이패러데이의모습을본받을수있도록한다.
5장은물리학과화학역사상뛰어난발견인전자의발견에관한것이다.음극선으로실험을하던과학자들의결과와자신의실험결과를모아조지프존톰슨이전자를발견했으며,더나아가원자모형까지만들었다.전자의발견은물리학뿐아니라화학과생물학,전자기학등의과학분야에지대한영향을끼쳤다.
6장은광전효과에대한것으로아인슈타인이노벨상을받도록한중요한실험이다.광전효과는빛의파동설로는설명할수없어광양자,곧빛의입자설을제시하여해석하였고이를이용한여러현상들을나타내보이게하고있다.
7장은찰스톰슨리스윌슨이발명한안개상자를다룬다.안개상자는겉으로보이기에는장난감같지만이를이용해알파입자가대기중을통과하는모습을볼수있었으며,우주선과공기입자의반응을연구한블래킷의실험등으로수많은과학자들의물리학업적을달성하는데큰도움을주었다.
8장은전자기파의아버지헤르츠와이를이용해무선통신의발전을이끈마르코니에대한것이다.전자기파를어떻게발견했는지하나씩살펴보고,마르코니의무선통신실험도자세하게소개하고있다.
9장은알파입자산란실험으로그동안알려졌던원자모형을수정하게만든내용을다룬다.러더퍼드는가이거,마스덴에게수행하도록권한실험에서알파입자가튕겨져나오는것을보고그의스승이제안한플럼푸딩원자모형을개량하여새로운원자모형을제시한다.
10장은프랑크­헤르츠실험의배경과과정,결과를다룬다.이실험은보어의이론을확인하기위한것으로에너지준위가다른원자에도존재하는지알아보기위한것이었다.그결과들뜬상태의원자들이정상으로되돌아오며에너지를빛으로내보낸다는사실을알았고,결국보어의이론을실험적으로증명했다.
11장은밀리컨과플레처의기름방울실험에대한것이다.5장에서전자를발견한톰슨은질량과전하의비만알았을뿐전자하나의전하량은구하지못했다.밀리컨과플레처는수십번의실험을통해전하한개의전하량을구했으나,플레처가공동연구자로등록되지못한이야기를다룬다.
12장은에디슨과디포리스트의진공관에대한내용이다.실험을하다에디슨효과,곧광전효과를발견했지만깊이연구를하지않은에디슨의일화와이극관을발명한존플레밍,삼극관을발명한리디포리스트의연구를담고있다.특히이극관의정류작용과삼극관의정류,증폭,발진작용을상세하게설명한다.
13장은원소변환과핵폭탄을다룬다.러더퍼드와소디,페르미와실라르드,이렌졸리오퀴리부부,오토한과리제마이트너모두원소변화에대해연구했으며,핵폭탄의원리에대해서도다룬다.또한원자력을이용한발전방법에대해서도그림과함께그원리를제시한다.
14장은음극선관에서의편향현상을바탕으로만들어진질량분석기에대한것이다.질량분석기의원리를비롯해뎀프스터,애스턴,데멜트와파울등질량분석기로유기화합물을분석하는새로운방법을개발하는내용을담고있다.
15장은우주의비밀을밝혀줄입자가속기에대한내용이다.선형가속기에서사이클로트론까지발명배경과원리를다루고있는데,특히새로운입자를발견하고우주의역사를연구하며의학분야에까지활용되고있음을일목요연하게정리하였다.
16장은열전기현상에대한것으로다소생소한원리를다룬다.열전기현상에대한이론중가장유명한제베크효과와펠티에효과의원리를설명하고앞으로열전기현상을어떻게사용할것인지를이야기한다.
17장은트랜지스터와집적회로에관한내용이다.트랜지스터와집적회로는우리생활에서빼놓고이야기할수없는컴퓨터와각종전자제품의기초가되는발명품이다.저자는트랜지스터의기본원리를쉽게이해할수있도록풀어쓰고,이제는집적회로에자리를넘겨준트랜지스터의역사를살펴본다.
18장은초전도현상과초전도체를다룬다.초전도체를처음발견한오너스와유명한이론인BCS이론,초전도체의역사를이야기한다.특히아직도새로운초전도체가발견되며이론이제시되고깨어짐을반복하고있으니새로운현상을설명하기위해필요한더새로운이론을창안할수있도록권유한다.