익사이팅 사이언스 (그림과 상상과 비유로 체험하는 재미있고 유쾌한 교양과학 | 양장본 Hardcover)

조엘레비

영국출신의작가이자저널리스트.[뉴턴의노트(Newton'sNotebook)][침대맡에두고보는화학(TheBedsideBookofChemistry)][성당안의한마리벌(ABeeinaCathedral)]등과학과역사에관한책10여권을썼다.특히[성당안의한마리벌]은비유와인포그래픽으로과학의세계를설명해크게주목받았다.[브리티시내셔널프레스(BritishNationalPress)]등의신문과잡지에기고하면서TV와라디오등에도출연해과학대중화에힘쓰고있다.

006 들어가는말
물리학
010 시계처럼작동하는우주
012 한번섞은카드는원래대로되돌릴수없다
014 슬로모션속의기차
016 엘리베이터와로켓
018 플랫랜더-2차원의평면에사는사람들
020 시간여행을하는쌍둥이
022 사다리위에있으면더빨리늙는다
024 어둠속의당구대
026 만물을설명하는끈이론
028 슈뢰딩거의고양이
030 골디락스의우주
032 벌처럼행동하는원자
034 파리와피츠버그에있는당구공
036 방사성물질의반감기와한움큼의동전
038 열,압력,당구공
040 도미노는책보다빨리쓰러진다
042 팀에서“나”는존재하지않는다
044 전기회로와마천루
046 컨베이어벨트와석탄더미
048 전기는물과같다
050 병렬회로는학교강당과닮은꼴
052 종이성냥과쥐덫,그리고핵분열
054 거친빙판에서스케이트타기
056 도플러효과와사이렌소리
화학
060 핀위에서춤추기
062 사과크기가지구만하다면
064 셰익스피어와칭기즈칸원자들이내몸안에
066 두루마리화장지로환산한세계
068 호주대륙을쌀알로채우기
070 원자들의범퍼카놀이
072 멀리서보고,가까이서보면
074 모두다함께춤을!
076 소년,소녀를만나다
078 샌드위치나눠먹기와화학결합
080 모든것은서로묶여있다
082 햄샌드위치와화학반응
084 성당안의벌한마리
086 태양계와양자선풍기
088 눈부시게밝고믿을수없게어두운
090 분자지퍼
092 고분자와초거대분자
094 공과스프링
생물학
098 지구의역사를하루로환산하면
100 진화는덤불인가나무인가?
102 가장작은유기체와가장큰유기체
104 센트럴파크보다세배나넓은균류
106 적지만치명적인
108 뜨거운통증,매캐한통증,불쾌한통증
110 점보제트기를낚아채는거미
112 세포는하나의도시다
114 자연계는슈퍼마켓같다
116 생명체를쥐락펴락하는효소
118 생명의청사진
120 게놈을따라가는여행
122 내려오는에스컬레이터에서거꾸로올라가기
124 요각류는치타보다빠르고,고래보다더무겁다
126 시계제조공논리의오류

천문학
130 어둠속의왈츠
132 더이상무거울수없다
134 빛을휘게하는것
136 은하의소용돌이속에서벌어지는일
138 지구가볼베어링크기로작아진다면
140 1초에코끼리100만마리
142 광속으로여행하기
144 건포도빵을닮은우주
146 우주가요요에빠진다면
148 달에서반딧불이찾기
150 물병처럼폭발하는초신성
지구과학
154 너무도막강한바람
156 회전목마에서공던지기
158 그랜드캐니언메우기
160 태평양의물을모두마시려면
162 엘리베이터타고에베레스트등정하기
164 샌프란시스코지진과수소폭탄
166 화산은대량살상무기
168 죽음의파도
170 외계에서온무서운물체
172 지구대냉장고자석
174 스카치에그를닮은지구
176 온실효과
인체
180 인간의몸을이루는것들
182 찻잔으로욕조물퍼내기
184 너무도막강한슈퍼파워,심장
186 강철같은뼈
188 어디서나득실득실하는박테리아
190 머리카락은죽은조직
192 험난하고고통스런헤엄치기
194 테세우스의배
196 데카르트의‘전능한악마’
198 상어가거인을물다
200 눈과카메라
기술
204 18개월마다맨해튼이하나씩
206 피라미드를최저임금으로짓는다면
208 세계에서가장큰기계
210 엠파이어스테이트빌딩보다더커다란배
212 휘발유한통으로달왕복하기
214 인터넷이라는거대한세계
216 살벌한우주쓰레기
218 단한방에2차대전끝
220 ‘중국어방’
222 색인

지구가스카치에그(완숙한달걀을소시지고기로감싼다음빵가루를묻혀기름에튀긴스낵)와비슷하다는걸알고있는가?만약자동차기술이컴퓨터의발전속도만큼발달했다면,휘발유한탱크만으로도달까지왕복할수있다는걸알고있는가?
셰익스피어와칭기즈칸의몸의일부가우리몸에도들어와있다는것은알고있는가?거미가어떻게점보제트기를낚아챌수있는지알고싶지않은가?슈뢰딩거의불쌍한고양이에게무슨일이일어났는지는궁금하지않은가?이책은저자가[들어가는말]에서소상히밝히고있듯이,이런의문들에답한다.
그뿐만이아니다.태양은1초에코끼리를몇마리나태워죽일수있는지,왜정자의운동을당밀로가득찬뻑뻑한풀에서수영하는것과마찬가지라고하는지(당신이이풀에서수영을한다면아무리팔을휘저어도1분에1cm밖에나아가지못할것이다),왜전자하나가커다란성당안을날고있는한마리벌과비슷하다고말하는지,어떻게구멍에가만히앉아서도당신의쌍둥이형제보다두배나빨리늙을수도있고혹은더오래살수있는지,태평양바닷물을모두마시려면,엘리베이터로에베레스트산정상까리올라가려면몇시간이걸리는지등등,재미있고특이한의문들도풀어줄것이다.
누구나한번쯤은품어봤을,그러나딱히누구하나속시원히풀어주지못했을궁금증과상상속의세계를이책은매혹적인비유(analogy)와기발한사고실험(thoughtexperiment)을통해익사이팅하게풀어놓는다.
저자가이방식을동원한데는그럴만한이유가있다.과학이그만큼다가가기어려운세계이기때문이다.난해한수학과복잡한방정식이출입구앞에서떡하니버티고있지않은가.게다가불가해할정도로엄청나게큰대상을다루거나혹은상상하기힘들정도로작은미세한대상을다루는게과학이다.전문적인용어나표기법이가로막기도하고,심지어논리나직관을거스르는것처럼보이는것은좀많은가.
이처럼과학앞에도사리고있는장벽앞에서독자들이주눅들지않고과감하게다가갈수있도록유도하는게이책의미덕이다.과학교육자들이오랜동안과학의개념을보다명료하고쉽게설명하기위해연구해온비유나은유,직유그리고사고실험등을사려깊은안목과매끄러운솜씨로버무려놓았다.익숙하지않은것을익숙한것과비교하거나,이미우리가경험한것을되돌아보거나,사물들사이의관계를들여다보면서패턴이나의미를찾는방식을취하고있는것이다.무릎을칠만한비유와기발한상상력을동원함으로써‘과학포기자’들을과학의세계로이끈다.
저자는‘비유’란무기를그저과학초보자들을위한당의정으로만활용한것은아니라고강조한다.이른바과학혁명이라고일컬어지는최초의‘발견들’과연구가상당부분비유에서시작되었기때문이다.비유란도구가얼마나효율적인지확인하려면과학혁명의탄생이라고일컬어지는결정적인시기를돌아보는것만으로충분하다.
가령요하네스케플러가행성의운동에관한법칙-최초의과학법칙들중하나-을발견할수있었던것은처음부터우주를거대한시계장치로보았기때문이다(10~11쪽을볼것).이비유를통해그는세계에대한기존의이론이잘못되었음을확신했으며,우주의수학적법칙을발견할수있다는용기를갖게되었다.그의연구방식-그의비유-은젊은아이작뉴턴에게도영감을주었다.뉴턴은어머니집의과수원에서사과가떨어지는것을보고달의궤도와비교했고,이런비유에깔려있는어떤원리가있지않을까의심하면서더깊이파고들었다.
과학적인발견과정에서비유로부터영감을받은사례는이밖에도매우많으며,그런사례들이이책에담겨있다.예컨대로버트보일은기체입자들을코일스프링으로상상함으로써기체분자운동론을발전시킬수있었다(38~39쪽참조).크리스티안호이겐스와후계자들은광학현상을분석하면서물에서일어나는파동과비교했으며,제임스클러크맥스웰은전기력을수조에담긴물의압력과비교해모델링했다(48~49쪽참조).아우구스트케쿨레는꿈에서뱀이자신의꼬리를물고있는모습을보고영감을받아벤젠의화학적구조가고리모양을하고있다는사실을발견했다.왓슨과크릭-그리고그이전과이후의많은과학자들도-은연구과정에서모델(모형)을사용했으며-모델이야말로비유의한형태다-,이를통해DNA가이중나선구조를하고있다는결론에이를수있었다(90~91쪽참조).
이책은비유나은유를통한추론의한형태라고할수있는사고실험의사례도곳곳에서보여준다.일찍이사고실험은대부분의과학영역에서유용성을입증했지만물리학분야에서가장효과적으로기능했다.특히아인슈타인의획기적인발견들대부분은사고실험-“빛에올라타고있으면어떤느낌일까?”“자유낙하하고있는사람에게는어떤힘이작용할까?”같은것들-의산물이었다.이처럼가상의상황을상정함으로써아인슈타인은상대성이론에도달할수있었고,우주에관한우리의이해를새롭게전환시킬수있었다(14~15쪽참조).
이책은이처럼교양과학의입문서역할을충분히할수있을뿐아니라과학적사고를키워나갈수있는아이디어와접근방식을풍부하게담고있다.과학에대한공포와거부감을덜어주려는새로운접근방식은이책의가장큰미덕이다.

[책속으로이어서]

뜨거운통증,매캐한통증,불쾌한통증
저스틴슈미트박사는땅벌(옐로우재킷말벌)에쏘이는것은W.C.필즈(미국의저명한코미디배우.1880~1946년)가불붙은시가로당신혀를지지는것과비슷한느낌일것이라고했다.즉뜨겁고매캐하고불쾌한통증이다.
곤충학자인저스틴슈미트박사는꿀벌,말벌,개미등이속한막시목(目)의전문가였다.이목에속한곤충들은방어나공격을위해침을쏘는특성이있다.그는직접곤충의침에쏘인경험들을토대로상대적인통증의크기를나타내는척도를만들고각각에대해독창적인비유를들어설명했다.
슈미트척도는어디까지나주관적인것이다.한편미국화학자인월터스코빌은고추의매운맛을객관적으로표시하는척도를만들려고시도했다.그는고추의매운맛을결정하는화학물질인캡사이신을매우묽게희석시킨다음5명의맛감식가에게맛보게했다.어느정도희석시켰을때감식가들이매운맛을인식하느냐에따라매운정도를분류하는방식이었다.하지만이것도여전히주관적일수밖에없었다.결국이후에캡사이신의농도를결정하는기계가계발됨으로써객관적인척도를얻게되었고,미국향신료무역협회가이를주관하게되었다.향신료협회의척도에15를곱하면얼추스코빌의척도가되는것으로알려져있다.108p

점보제트기를낚아채는거미
거미줄이연필두께만하다면,활주로를달리는점보제트기도멈출수있다.거미줄이얼마나강한힘을갖는지보여주기위해거미줄하나가하늘을날고있는보잉747‘점보제트기’를멈출수있다는이야기가자주인용된다.그다지믿을만하지않지만(아래설명을보라),거미줄이매우특별하고주목할만한물질임에는틀림이없다.자연에존재하는물질이진화과정을통해,인간의기술이만든가장뛰어난물질보다도더뛰어날수있음을보여주는주요한사례가바로거미줄이라할수있다.
거미줄은길고,끈적끈적한분자들이얽혀만들어진섬유질이다.거미는목적에따라한몸에서서로다른형태의거미줄을만들어낼수있다.가장강한거미줄은‘드래그라인’으로자신을보호하기위한것이다.드래그라인은수분함량과거미의종류에따라특성이다다르지만,대부분인장강도(잡아당기는힘에견디는정도)가매우높아철은물론이고,인공섬유중가장강한것중하나인케블라에비견될정도다.110p

세포는하나의도시다
세포는도시를닮았다.발전소(미토콘드리아)와공장(리보솜)이있고,쓰레기처리트럭(액포)이있으며,도시를둘러싼성곽(세포막)도갖고있다.
17세기의위대한과학자로버트훅은세포에대해묘사한최초의인물이다.그는투박한현미경으로코르크조각을관찰했다.작고,텅빈칸들이줄지어있는것을본그는마치수도원에서거주하는수도사들의방(cell)을연상했다.이후그와후계자들은모든생명체는세포로이뤄져있다는걸알게되었다.하지만이후400년간에걸친끈질긴탐구끝에이제세포는훅이보았던텅빈공간이아니라는사실을알게되었다.사실세포는서로다른물질과구조들이놀라울정도로정교하고복잡하게모여있으며,매우다양한일들이쉬지않고숨가쁘게진행되는곳이다.마치하나의도시처럼말이다.112p

어둠속의왈츠
블랙홀과그주변을돌고있는별은,어둠속에서왈츠를추는두명의댄서-한명은아주밝은색의옷을입고다른한명은새까만의상을입은상태-와같다.(중략)
검은우주공간에서블랙홀은보이지않는존재다.그런데도천문학자들은어떻게그존재를파악하는가?블랙홀은직접적으로는관측할수없지만,중력이어마어마해서가까이있는별들을자기궤도로끌어당기게된다.그래서아무것도보이지않는존재주변을어떤별이돌고있다면천문학자들은그별이돌고있는중심이블랙홀이라고추정하게된다.이는어둠속에서왈츠를추는댄서두명이있는데그중한명이새까만의상을입고있는상황과비슷하다.우리는검정의상을입지않은한명의댄서만보지만,검정의상을입은댄서의존재를유추할수있는것이다.130p

1초에코끼리100만마리
태양은초당코끼리100만마리가갖고있는에너지에해당하는물질을태운다.(중략)태양은거대한가스덩어리다(수소가약70%,나머지는대부분헬륨이다).태양의엄청난중력탓에수소원자들은으스러지면서서로가까워진다.결국수소원자의핵들이서로융합해헬륨핵으로바뀐다.이과정을통해수소질량의0.8%를에너지로바꾸는데,이에너지가1억5000만km떨어져있는지구를데우는것이다.140p

광속으로여행하기
빛의속도(초속약30만km)는워낙빠르기때문에-현재까지가장빠른속도를낼수있는기술로거론되는-수백개의핵폭탄으로추진되는우주선조차도광속의5%정도밖에속도를내지못한다.
진공상태에서의빛은우주에서가장빠른속도를갖는다.여태까지인간이이룬가장빠른속도조차도빛에비하면미미한수준이다.현재의기술수준으로는우주여행이몽상에불과하다는뜻이기도하다.
인간의우주기술이얻은최고속도는헬리오스2호가보여준시속25만km이상이었다.태양에근접한다음태양의중력을이용해가속을받는방식을사용한결과였다.아직가능성으로만논의되고있는핵펄스추진(nuclearpulsepropulsion)은우주선속도를광속의5%까지끌어올릴수있을것으로예상된다.핵펄스추진은우주선밑에핵폭탄을설치해1초에한번꼴로터뜨려이를제어하는방식이다.142p

물병처럼폭발하는초신성
초신성으로변하는별은가스로된외곽껍질이폭발하는데,이는물병을탁자에내리쳤을때물이솟아나오는것과닮았다.(중략)
태양보다질량이8배이상큰별들은초신성이되면서일생을마친다.별이핵융합반응으로인해연료를모두소진하면,바깥쪽으로향하는압력이더이상존재하지않기때문에스스로붕괴하게된다.붕괴이후에남는거대한물질덩어리는자체의중력에의해내파하게된다.내파과정에서나오는격렬한충격파때문에물질덩어리들은중성자들로바뀌고엄청난밀도를갖게된다.이충격파가초고밀도의물질을다시밀어내며거대한힘으로분출하면외곽껍질의가스층이폭발하게되고무거운원소들이우주공간에흩어져성운을만들게된다.이폭발장면은마치뚜껑이열린물병을탁자에쾅내리쳤을때일어나는현상과비슷하다.탁자와부딪쳐갑자기속도가느려진물은충격파를만들고,충격파는물병을타고내려갔다가다시위로솟구치면서물을밖으로몰아내는것이다.150p

태평양의물을모두마시려면
태평양의물을식수로사용할경우,모두다마시는데96만조년이걸릴것이다.(중략)물은지구만이가진결정적인특성이다.지표면의대부분은물로덮여있고,그중에서도수심1.6km보다아래에있는경우가태반이다.지구가차지하는물의대부분은바다에있으며,바다중에서는태평양이단연코가장규모가크다.하루에웬만한크기의컵으로8잔의물을마신다면,태평양의물을모두마시는데걸리는시간은350x10억x10억(3.5x10²?)일,햇수로는96만조(9.6x10¹?)년이다.160p

스카치에그를닮은지구
지구는