과학을 쿠키처럼 (한입에 쏙 들어가는 물리학)

이효종

안녕하세요.과학쿠키입니다.과학쿠키는과학+쿠키영상[Science+Cookie]의의미입니다.과학의대중화를위해,사람들이과학에관한호기심을꽃피울수있도록과학이라는틀을이용해세상과소통하는과학커뮤니케이터이자1인크리에이터로활동하고있습니다.누구나부담없이접할수있는재미있는과학이야기를전달하여,사람들이과학의재미를느낄수있는것을목표로앞으로나아가고있습니다.
과학이라하면무조건공식을외워서문제를해결하는것으로알고있는수많은초·중·고등학교학생들,일상에서는쓸모없는지식이라고생각하는성인들에게과학은‘하기싫은것’으로여겨져왔습니다.특히,물리학의경우는더욱그렇습니다.유튜브과학쿠키채널에는그러한과학의부정적인이미지를마치‘간식을즐기는것처럼즐겁고유쾌하게,때로는달달함에서우러나는깊은감동이느껴지는과학’으로바꾸기위한다양한콘텐츠가게재되고있습니다.과학을쿠키처럼즐길수있는문화를만들어가기위해서!과학쿠키는계속해서여러분을찾아뵙도록하겠습니다.:)

들어가며|‘과학을쿠키처럼’이란?|8

1부물체는왜움직이는걸까?_클래식역학이야기
1.물체는‘무엇’때문에움직이는걸까?|14
2.하늘의별들은어떻게움직이는걸까?|25
3.‘힘’이라는개념을언제부터사용하게된걸까?|39
4.뉴턴이후의물리학,더욱세련되게발전하다|53
부록│대체빛의속도를어떻게알아냈을까?|64

2부마법의돌,인류에게진짜마법을선물하다_전자기학이야기
1.호박과자철석마법이새로운과학을열다|76
2.움직이는전기,놀라운기적을만들어내다|87
3.꽤어렵지만살짝맛보기는가능할걸?맥스웰방정식|98
4.전자기학의끝에서새로운역학세계를열다|113
5.클래식역학과전자기학,그끝에아인슈타인이있다|124
부록│우리는어떻게무선통신을할수있는걸까?|140

3부아주작은세계의움직임을탐구하다_양자역학이야기
1.대체물질의근원은무엇일까?|152
2.빛은입자일까,파동일까?|162
3.양자역학이란무엇일까?|179
4.솔베이전쟁,그리고슈뢰딩거고양이|197
부록│〈앤트맨과와스프〉에숨어있는양자역학이궁금하다면……|216

4부온도로부터밝혀진우주의법칙을찾아서_열역학이야기
0.에너지란무엇일까?|224
1.에너지는결국사라지는걸까?|234
2.공든탑을무너뜨리고싶은게자연의본성이라고?|242
부록│그래서증기기관은어떻게움직이는건데?|255

5부과학의,과학에의한,과학을위한과학_기본단위계이야기
1.단위체계는언제부터만들어졌을까?|268
2.SI기본단위들은어떻게만들어졌을까?|277
3.기본상수를이용해네개의단위가새롭게정의되다|289
부록│키블저울은어떻게kg을새로정의할수있었을까?|305

나가며|하늘은왜파란색으로보이는걸까?|313

청소년에서어른까지,
호기심을자극하는달콤한과학상식!

유튜브크리에이터‘과학쿠키’가보내는‘물리학’으로의초대장
국내의대표적인과학유튜버인‘과학쿠키’의물리학개괄서.이세상을움직여온물리학사의커다란흐름을들여다보면서,수업에서배워온물리학개념들이어떻게탄생했는지알아보고이를통해과학의진정한재미를발견하도록도와준다.물체가어떻게움직이는지를연구하다가나아가운동의본질까지설명하는학문인‘클래식역학’,현대전기문명의발판을만들어준‘전자기학’,열기관의연구로출발해예상치못하게우리가사는우주와세계의법칙을들여다볼수있도록도와준‘열역학’,첨단과학과우주과학을깊이이해할수있게해준20세기최대의업적‘양자역학’의역사이야기까지,교과서에서는볼수없었던공식너머에있는수많은과학자의열정과노력,즐거움과감동이담긴이야기를접하다보면어느새과학과한층가까워진자신을만나게될것이다.

딱딱하고어렵게만보이는과학을
간식을즐기듯유쾌한과학으로바꾸다

‘유튜브’는새로운시대의미디어로서막대한영향력을지닌플랫폼이다.남녀노소를불문하고누구나정치,경제,사회,문화에관한다양한지식을유튜브를통해소비하고있다.하지만여타분야에비해‘과학’을다루는크리에이터는두손으로꼽을수있을만큼많지않다.그만큼‘과학’이라는콘텐츠에대해거부감,거리감,일상에서즐길수없는대상으로서의이질감등의이미지로떠올리기때문이다.일반인들이과학을바라보는시선은대체로부정적인편이다.
과학이라하면무조건공식을외워서문제를해결하는것으로알고있는수많은초·중·고등학교학생들,일상에서는쓸모없는지식이라고생각하는성인들에게과학은‘가까이다가가기어려운것’으로여겨져왔다.특히,물리학의경우는더욱그렇다.흔히물리를떠올리면교과서속물리공식이적용된유형별문제를반복해서많이풀면서소위정답을찾는‘감각’기르기연습만하게되는경우가대부분이다.이렇게문제를푸는요령만익히길요구하는‘입시위주’의학습은더더욱물리를싫어하게만드는요인으로작용한다.그러다보니‘대체물리는뭐야?과학맞아?’라는생각이떠오를때가많다.
‘과학쿠키’는과목별로구분지어가르치는우리나라의과학교육과정에서쉽사리놓치기쉬운과목별과학과과학사이의연결고리를이어주는콘텐츠를기획,제작하고있다.특히,자칫하면‘수학’으로착각하기쉬운‘물리학’의본질을전달하기위해과학자들이실제로행했던과학적방법의맥락을소개한다.이를바탕으로과거에행해진과학적사고법에대한공감과통찰을이끌수있도록유도하는것에초점을두고있다.이러한영상콘텐츠를편집하여책으로만든것이〈과학을쿠키처럼〉이다.
〈과학을쿠키처럼〉에서는유튜브‘과학쿠키’채널과연계하여과학자들이거쳐온역사를통해서우리가배웠던물리의개념들과요소들이각시대에존재했던과학자들의생각을일목요연하게드러내는문화유산의집합체였다는사실을알려준다.단순히문제를풀기위해서만배우는줄알았던공식들이,과학자들의사상과설명체계를나타내는‘언어’그자체라는,어찌보면당연하지만지금껏몰랐던중요한사실을깨닫게된다.

‘과학’의진정한재미는
‘과학’의역사를아는것에서시작한다

우리가익히이름을알고있는과학공식과법칙은철학자와과학자들이수없이많은논쟁을거치면서완성되었다.천체의움직임에관한궁금증에서부터시작해,이세상모든물체의움직임이왜,그리고어떻게일어나는지를각기그들이속한역사와정치,문화적맥락에서어떻게든해결하고자치열하게고민한결과이다.이렇게새로운이론들이등장하고폐기되는반복속에서과학은발달해왔다.〈과학의쿠키처럼〉은이러한‘기초과학’을완성시킨과학자들의열정과노력,즐거움과감동을누구나공감할수있는내용으로소개하고있다.

1부물체는왜움직이는걸까?
클래식역학에서는고대그리스의자연철학자들이세상을바라보는방식에서시작해,세상이거대한진리의기계라고생각하는데카르트의기계론적세계관,그리고코페르니쿠스혁명과갈릴레이의운동학,케플러의행성운동의3법칙,이어서뉴턴의만유인력법칙까지.이모든것이어떻게연결되어있는지전체적인맥락을보여준다.

2부마법의돌,인류에게진짜마법을선물하다
전자기학에서는인류가폭발적으로발전하는계기를마련해준전자기학의역사가소개된다.우연히나침반의움직임을발견한외르스테드를시작으로,전류가만드는자성을규명하고자했던앙페르,열정을품고오로지한길만걸어가며수많은전기와자기의상호작용을규명했던패러데이와이를수학적으로증명해준맥스웰까지.이모든일이일어났던1800년대의뜨거운발견의역사를알려준다.

3부아주작은세계의움직임을탐구하다
양자역학에서는물질의근원에관한의문을제시한아리스토텔레스의4원소설과데모크리토스의원자설에서시작하여양자역학적사고에도달하기위한모든역사적배경을들여다본다.그후에양자역학이무엇인지,그리고이양자역학이라는학문이어떻게만들어지게되었으며,어떠한형태로자리잡게되었는지에관한이야기를소개한다.

4부온도로부터밝혀진우주의법칙을찾아서
열역학에서는18세기산업혁명에서시작해엔트로피라는개념까지,에너지는전환만될뿐절대로사라지거나생성되지않는다는열역학제1법칙과,‘분자들의질서’는항상확률적으로높은상태로이동하려한다는,즉무질서한방향으로이동하려한다는열역학제2법칙에대해살펴본다.또한실제로열기관을작동시키는주요작동원리들의기본인기체분자운동의과정과네가지기본열역학적과정에관한이야기,그에따른카르노기관의작동원리에관해알려준다.

5부과학의,과학에의한,과학을위한과학
기본단위계에서는갈릴레이이후‘측정’의중요성이대두되기시작한과학계는측정기준인‘단위’가같아져야한다는주장으로이어지게되었다.이러한배경을바탕으로우리가사용하는길이,시간,질량,전류,온도,광도,물질량의단위가어떻게정의되었는지알려준다.

이외에도,우리일상과아주긴밀하게연결된‘미분과적분’이라는공식의탄생과뉴턴의대발견인‘만유인력’이서로어떻게연결되는지.나아가‘만유인력’이진짜설명하고싶었던본질이무엇인지를당시의시대적맥락과환경을바탕으로풀어낸다.또한‘뉴턴3법칙’의단순나열이아니라,뉴턴스스로가물체의운동을어떻게사색했는지를공감할수있도록다양한일화가소개된다.패러데이가발견해낸전류와자기장의관계가현대전기문명에어떠한영향을미쳤는지,또그의예견이어떻게수학적으로구현될수있었는지에관한이야기등이나온다.책을통해이러한과학개념의역사적인배경을이해하게된다면지금까지배워왔던과학과는전혀다른재미와즐거움을느끼게될것이다.또한,이세상이무엇으로이루어져있고,어떻게움직이는지,수많은물질이서로가서로에게어떻게영향을미치며살아가는지,물리를포함한과학에그답이있다는사실을자연스럽게깨닫게될것이다.