10대에게 권하는 물리학 : 어려운 물리학을 왜 배워야 할까요?

이강영

서울대학교물리학과를졸업하고카이스트에서입자물리학으로석사학위와박사학위를받았다.서울대학교이론물리학연구센터,연세대학교자연과학연구소,고등과학원등에서연구했고카이스트,고려대학교,건국대학교의연구교수를지냈다.지금까지입자물리학의여러주제에관해70여편의논문을발표했다.지은책으로『LHC,현대물리학의최전선』,『보이지않는세계』,『스핀』,『불멸의원자』등이있다.현재경상대학교물리교육과교수로재직하고있다.『LHC,현대물리학의최전선』으로52회한국출판문화상저술(교양)부문을수상했다.

프롤로그

CHAPTER01물리학이란무엇인가요
물리학은보편적인원리를탐구해요
물리학을공부하면무슨일을할수있나요
물리학을공부하려면꼭수학을잘해야하나요
물리학과에서는무엇을공부하나요
생각더하기_물리학자가물리학이아닌분야에서노벨상을받기도하나요?

CHAPTER02물리학은어떻게시작되었나요
자연철학자:옛사람들은세상을어떻게보았을까요?
과학혁명:물리학은어떻게본격적인학문이되었을까요?
전기와자기:자석과번개가지닌힘을어떻게연구했을까요?
생각더하기_왕과같은장례식을치른과학자가있다고요?

CHAPTER03현대물리학은어떻게발전했나요
상대성이론:아인슈타인은무엇을설명하려했던걸까요?
원자:물질은무엇으로이루어져있을까요?
양자역학:원자를어떻게설명할까요?
입자물리학:물질은궁극적으로무엇일까요?
일반상대성이론:우주를어떻게이해해야할까요?
생각더하기_슈뢰딩거의고양이가도대체무엇인가요?

CHAPTER04물리학은우리생활에어떻게이용되나요
물리학으로우리가사는지구를이해할수있어
우리는빛을통해세상을볼수있어요
에너지는물리학에서가장중요하고기초적인개념이에요
물리학이아니었다면컴퓨터도만들어지지못했을거예요
생각더하기_노벨물리학상을두번받은사람이있다고요?

CHAPTER05물리학은앞으로어떻게발전할까요
우주와물질을이해하기위한천체물리학과우주론
물질의근본적인구조를이해하기위한모든것의이론
양자역학을이용해정보를처리하는양자정보학
새로운기술을만드는응집물질물리학
생각더하기_중성미자를가지고어떻게실험하나요?

물리학을배우려면꼭수학을잘해야할까?
천재처럼똑똑한사람만물리학을공부하는걸까?
멀고어렵게느껴지는물리학을쉽고친근하게알려주는책

물리학이라고하면아인슈타인의상대성이론이나블랙홀,쿼크,양자역학등난해한개념을떠올리면서어렵고까다로운학문이라고생각하는경우가많다.물리학을배우려면난해한공식이나이론도쉽게이해할수있을정도로똑똑해야하고,어렵고까다로운수학도잘해야한다는편견도흔하다.하지만물리학은우리가사는세계가어떻게이루어지고움직이는지를탐구하며,세상의보편원리를이해할수있게해주는학문이다.물리학은우리가사는세상은물론이고현대사회의기술문명또한깊이이해할수있도록도와준다.
이책은우리주변에서찾아볼수있는흔한현상에담긴물리학적원리를소개하면서,청소년의눈높이에맞추어물리학을쉽고친근하게소개한다.컴퓨터,스마트폰,GPS등우리가현재누리고있는기술문명의바탕에는물리학이있다.물리학의발전이없었더라면우리가사는문명사회는지금과같은모습이될수없었을것이다.현대의기술문명을만든물리학의원리를차근차근알아나가면현대사회에꼭필요한과학적사고방식,즉환원적사고방식을기르는데도움이된다.
또한대학의물리학과에진학하면어떤것들을배우고,물리학을전공하면장차어떤일을할수있는지까지상세하게알려준다.또한물리학의최첨단에서는어떤것들을연구하며,장차잠재력을지닌물리학분야도소개하고있어,물리학에대한이해를높여줄뿐만아니라청소년의진로설계에도큰도움이될것이다.

--물리(物理)라는말은‘사물의이치’라는뜻입니다.여기서사물은특정한무엇을가리키는게아니라,지금우리눈에보이는모든것들을말합니다.그러니물리학이다루는대상은엄청나게많을수밖에없습니다.책상과의자,연필,유리창과같은우리주변의물건은물론,물질을이루는원자와분자,원자핵과기본입자,그리고원자로이루어진고체,액체,기체와같은물질들이모두물리학이다루는대상입니다.또한발전소나휴대폰,TV등의전자제품뿐만아니라자동차나온갖기계도모두물리학을통해얻은지식을이용하고있습니다.나아가생명체속에서나별들속에서일어나는현상도물리학으로설명되며시간과공간,우주전체까지모두물리학에서연구하는주제들입니다._p12~13
--물질을원자라는기본적인구조를통해서이해하는것처럼,무언가를더기본적인구조로바꾸어서생각하는방식을‘환원적방법’이라고합니다.사실오늘날의과학은거의모두가이러한환원적사고방식을바탕으로합니다.그중에서도물리학이그러한경향이가장강합니다.그러므로현대에물리학을배운다는것은이러한환원적인사고방식과그에필요한지식을배우는일입니다._p23
--LCD란‘액정디스플레이(LiquidCrystalDisplay)’의약자입니다.여기서액정은액체로된결정이라는뜻이지요.결정이란물질을이루는원자나분자가규칙적으로늘어선것을말하는데,액체란원자나분자가제멋대로움직이는상태니‘액정’이라는말이얼핏들으면모순처럼들립니다.하지만모순은아니고,액정이란어떤조건이되면(주로온도가맞으면)분자들이제멋대로움직이기는하지만방향이일정하게정렬하는특수한성질을가지는물질을말합니다.p189~190

코페르니쿠스의지동설부터슈뢰딩거의고양이까지,
난해해보이지만흥미로운물리학의세계를탐험하다

이책은고대의자연철학부터뉴턴의만유인력의법칙으로대표되는고전물리학,그리고현대물리학에이르기까지물리학의발전과정을살펴보고,각이론의핵심내용을알기쉽게소개한다.특히현대물리학의상대성이론과양자역학등은물리학에조금이라도관심이있다면흥미진진하게빠져들수밖에없는주제다.저자는상대성이론이나양자역학등현대물리학의이론들이다소어려워보이기는하지만,‘신비로운그무엇’이라고생각할필요는없다고격려하면서청소년들이물리학의세계를흥미진진하게탐험할수있도록도와준다.
이책은물리학의주요이론의골자와내용을알기쉽게설명해주어,평소물리학이론에관심이있었지만내용을이해하는데어려움을겪고있던이들에게도큰도움이될것이다.아인슈타인의특수상대성이론과일반상대성이론,양자역학분야에서빠질수없는슈뢰딩거의고양이일화나빅뱅이론등,신기하고흥미진진한내용을알기쉽게소개한다.

--현대물리학에서가장중요한생각을한가지만들어보라고하면무엇을들수있을까요?여러중요한개념이있지만,가장중요한키워드를하나꼽으라고하면저는‘원자’를들겠습니다.20세기후반의대표적인이론물리학자인미국의리처드파인먼(RichardFeynman,1918~1988)은한술더떠서원자는인류문명을통틀어가장핵심적인개념이라고까지이야기합니다.물리학자가하는이야기니팔이안으로굽는건감안한다해도,원자라는개념이왜그리도중요한것일까요?그리고원자라는개념이현대물리학의발전에어떤영향을미쳤기에그렇게이야기하는것일까요?_p102~103
--양자역학을이용해서원자수준에서물질을이해하게되면,이전과는차원이다른일을할수있게됩니다.우리가알고있는물질의성질은거의다원자수준에서생겨나기때문입니다.이지식을이용해서오늘날의기술문명이건설되었지요.우리주변에서양자역학의결과를가장잘실감할수있는예는아마도반도체일것입니다.반도체를통해서전자공학이엄청난발전을이루었고,그결과통신과컴퓨터분야가탄생했습니다.이제현대사회는컴퓨터가없는상태를상상할수없게되었지요.약30년전까지만해도컴퓨터는특정한분야에서특수한목적으로만이용하는기계였는데,이제PC처럼일상적인기계가되었을뿐아니라,휴대전화는물론이고모든가전제품,자동차등우리가사용하는모든기기의일부가되었습니다._p122~123