나는 물리로 세상을 읽는다 (소소한 일상에서 우주의 원리가 보이는 난생처음 물리책)

크리스우드포드

과학지식을쉽고흥미롭게전하는작가.케임브리지대학교에입학해29명의노벨상수상자를배출한캐번디시연구소에서물리학을공부했고실험심리학이나화학,수학,재료과학등여러분야를탐닉하다자연과학으로석사학위를받았다.인지신경과학박사과정을준비하다진로를틀어런던의커뮤니케이션아트스쿨(TheSchoolofCommunicationArts)에서광고와디자인을공부했다.이후과학을기반으로자유분방하게지식을탐구한경험을자양분삼아과학을다루는글을쓰기시작했다.
25년동안베스트셀러《쿨스터프(COOLSTUFF)》를비롯해어린이부터어른까지볼수있는수많은과학교양서를썼다.DK출판사의어린이백과사전중《과학(Science)》을공동집필하고2016년최고의어린이논픽션책《도구와기계의원리NOW》의제작을돕는등컨설턴트로도활발히활동중이다.IBM에서5년동안근무한이력을바탕으로2006년에웹사이트'ExplainthatStuff'를만들어많은독자에게일상에숨은과학지식을소개하고있다.

들어가는글

1.고층빌딩이안전한이유-#중력#운동법칙
2.살이찔수록왜계단이싫어질까?-#에너지#전력
3.슈퍼히어로되는법-#지레#빗면
4.자전거와빵반죽의공통점-#바퀴#마찰
5.볼수있는전부이자결코볼수없는것-#빛#전자
6.봉화에서스마트폰까지-#전자기파#광속
7.난방은쉬워도냉방은어렵다-#열역학#엔트로피
8.다이어트의과학-#칼로리#연소
9.달리는페라리에왜먼지가쌓일까?-#기류#유체역학

미주
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▼과학이처음인사람들을위한,가장친절한물리학

“우리는과학에대한생각을1초도하지않고수십년을보낼수있다.하지만어떤방식으로든과학을이용하지않고서는단1ns(나노초)도살아남을수없다.”

이책,《나는물리로세상을읽는다》의첫머리말이다.많은사람이고등학교까지물리와씨름하다가사회로나가는즉시물리학의존재를전혀의식하지않고살아간다.책의말처럼과학을1초도떠올리지않고도살아가는데는아무런지장이없다.하지만슬그머니세상의법칙이궁금해지는순간은찾아온다.아무생각없이누워서스마트폰을보다가이작은기계에서어떤원리로실시간영상이나오는지,롯데월드타워에놀러가서저거대한건물이어떻게안전하게설계되었는지문득궁금해지는것이다.이처럼순수한지적호기심이찾아올때우리에게필요한건물리학이다.모든건물리법칙위에있다.
이책의저자,크리스우드포드는과학지식을쉽고흥미롭게전하는능력이있다.어린이부터성인까지모두읽을수있는수준의과학책을써왔고,《도구와기계의원리NOW》와같은수많은베스트셀러제작에도움을주기도했다.이책이2016년,미국물리학회(AIP)에서올해의과학책으로선정된것도이러한이유때문이다.《나는물리로세상을읽는다》는편안한집부터음식,자전거,핸드폰,TV,에어컨,집에쌓이는먼지에이르기까지,우리에게친숙한사물을대상으로기초적인물리법칙을자연스레설명한다.물리학의개념이나역사등을설명하지도,수학도등장하지않는다.시작부터우리일상의사물에서물리학이어떻게작동하고있는지바로보여준다.하나의학문이자이론으로물리학에접근하는것이아니라우리일상과떼려야뗄수없는삶의도구로바라보자는저자의의도가담겨있는것이다.
이책은한동안물리학과는전혀접점이없는삶을살다가문득물리학이궁금해진독자를위한책이다.중력,빛,에너지등들어는봤지만막상입밖으로설명하기는힘들때,이책이명쾌하게기억나게해줄것이다.스마트폰을뒤적이지않고도어린자녀에게물리학기본개념을설명해주고싶은부모에게도,이제막물리학의세계를만난어린이청소년에게도길잡이가될것이다.그누구든이책을읽고나서는생각이좀바뀔지모른다.물리는우리가세상을이해하는데꼭필요한지식이라고말이다.

▼집부터자전거,스마트폰에에어컨까지
익숙한일상에서물리법칙찾기

첫대상은거대한건물이다.저자는질문한다.어떻게엠파이어스테이트빌딩과같은거대한건물이튼튼하게버티는걸까?절대무너지지않는다고믿어도되는걸까?물론건물은찰나의걱정도아까울만큼튼튼하다.엄청난높이로위태롭게서있는마천루는아찔함을느끼게하지만물리학은우리의경험과직관너머에있다.저자는건물의밑단이받는중력이우리발목이받는중력과비슷하다고비유한다.우리가발목이몸무게를버티지못하고부러질거로생각하지않는것처럼튼튼하단말이다.건물의높이만큼밑단의넓이가커지면늘어나는무게의압력은적절하게분산된다.키에따라발목이굵어지면되는것이다.엠파이어스테이트빌딩의밑단넓이는대략8,000m2에달하고,빌딩의전체무게는약33만톤으로추정된다.하지만광대한밑단넓이덕분에지면이받는중력은놀랍게도대기압의네배에불과하다.건물이올라갈수록가늘어지는구조면금상첨화다.마천루의모습이거의비슷한이유는이들이물리법칙을잘따르고있다는증거다.참고로꼭대기는엄청난바람에너지를흡수하기위해살랑살랑흔들릴수있게설계되었다.
세상을움직이는물리법칙을다루지면지레도빼놓을수없다.저자는동네철물점의수백가지도구를지레,바퀴,쐐기로간단히분류할수있다고말한다.그중에서도지레는그야말로모든기계의아버지다.지레는막대의한지점을받치고그받침점에작용하는회전력을이용해물체를움직이는도구다.지레가길수록가하는힘을더많이늘려준다.아르키메데스는“충분히긴지렛대만있으면지구도들어올릴수있다”라고말했을정도다.저자는렌치,수도꼭지,자전거,도끼로나무를패는일까지일상에서만날수있는다양한도구의움직임을지레원리에기반해설명한다.
빛은물리법칙의꽃이자문명의근간이다.우리는빛때문에무언가를볼수있다.그래서빛이라고하면흔히태양이나형광등을떠올리지만이는빛의정체에극히일부분이다.과학자들에게빛은단지‘보이는에너지’가아니다.그보다는‘정밀하면서도믿을수없이빠른속도로진행하며,우리눈이감지할수있는것은그중극히일부에불과한,아주특수한종류의에너지’에가깝다.특히빛의전기적특성은문명을이루는핵심원리가되었다.전기를활용해도시의에너지를만들고정보를광속으로전달한다.모든전기는빛이기때문이다.저자는만약빛의속도를줄이고빛을원자규모로관찰하는게가능하다면,전기와자기가오르락내리락곡선을그리며에너지를전파하는물결모양의파동을볼수있을지모른다고말한다.이파동중에‘라디오파’라고도불리는전파를활용해서우리는집안에서거의실시간으로지구반대편의모습을감상할수있다.
냉방과난방에관한흥미로운물리법칙도소개한다.집을데우는것보다집을식히는것이물리법칙상더어렵다는것이다.집을식히는일이왜더힘들까?이론상으로는덥히는것과식히는것이정확히반대이기때문에냉방이난방보다어려울이유가없다.10°C의냉수한컵을끓이려면일정량의에너지를공급해야하고반대로물이10°C로식을때물에서동량의에너지가회수된다.에너지보존법칙이라고도부르는열역학제1법칙이양방향으로작용하기때문이다.하지만히터를역회전해방에서열을빨아들일수도,방에서열을퍼내석탄덩어리에다시욱여넣을수는없다.가열은물질에혼돈과무질서를야기하는반면냉각은반대로질서와안정을가져다주기때문이다.열역학제2법칙,엔트로피법칙에따르면우주는자연적으로질서에서혼돈으로움직인다.가열은혼돈을향하는우주의경향에부합하지만,냉각은인공적으로질서를강제하는것이며,따라서우주의경향에반하는것이다.그래서방을시원하게하려면전기히터에서열에너지를퍼져나가게놔두는것과는다른방법을써야한다.에어컨이나냉장고는전기를활용해열을차가운곳에서뜨거운곳으로역행하게만든다.전기에너지가뜨거운것을더뜨겁게,차가운것을더차갑게하는비정상적사이클을가동해서열역학제2법칙에따라마땅히없어져야할집안팎의온도차를억지로유지하는것이다.
마지막으로온종일바람을날리는선풍기날개에먼지가쌓이고자동차가더러워지는지는이유도물리법칙으로설명한다.바람이아무리불어도먼지가꿈쩍도하지않는이유가있다.첫째,작고가벼운물질일수록정전기의접착력에의해물체표면에붙들려있을가능성이높다.둘째,풍속은표면에서멀어져특정거리에이르기전까지점진적으로증가하기때문에지면의풍속은0이라는것이다.이게산봉우리의바람이매우거센이유다.반대로지면바로위,즉선풍기날개나자동차보닛표면에서원자한개정도떨어진곳에서는공기의속도가전혀없다.공기가전혀움직이지않는곳에먼지가있기때문에이들이갈수록더러워지는것은당연하다.그래서결론,먼지는입으로부는것보다걸레로닦는것이훨씬낫다.