기후물리학 : 세상에서 가장 쉬운 과학 수업 - 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학

정완상

저자:정완상
과학에대한호기심으로서울대학교무기재료공학과에다녔고,물리를향한마음이더욱커져한국과학기술원(KAIST)에서이론물리학을전공하며석박사학위를받았다.30세에경상국립대학교물리학과교수가되어학생들에게물리사랑을전파하고있다.초심을잃지않기위해꾸준히연구하며현재까지국제학술지(SCI저널)에300여편의논문을게재했다.직접만나는학생뿐만아니라더많은학생에게과학과수학의즐거움을알려주고자책을통해독자를만나고있다.「과학자가들려주는과학이야기시리즈」중『아인슈타인이들려주는상대성이론이야기』를비롯한31권과「과학공화국법정시리즈」50권을집필했다.최근에는중학교에서도통하는초등수학을카툰으로그린「개념잡는수학툰시리즈」를출간했고,노벨상오리지널논문을쉽게풀어낸「노벨상수상자들의오리지널논문으로배우는과학시리즈」를집필중이다.우리나라에서노벨과학상수상자가쏟아져나오기를바라는마음에서네이버카페「정완상교수의노벨상-오리지널논문공부하기」를운영하기시작했다.

추천사
천재과학자들의오리지널논문을이해하게되길바라며
기후를통계물리학으로다룬하셀만_복잡계연구로노벨물리학상받은파리시박사깜짝인터뷰

첫번째만남_지질학의탄생과진화

지질학의뿌리를찾아서_고대그리스에서시작된지구이야기
지구의비밀을풀다_중세와르네상스지질학자들의여정
지층에새겨진지구의연대기_스테노와지층누중의법칙
지구는몇살일까?_지구의나이를계산한뷔퐁
지구의기원을물에서찾다_베르너의수성론
지구는끓고있다_화성론과허턴의동일과정설

두번째만남_지구의퍼즐을맞춘사람들

대륙은움직인다_베게너와대륙이동설의탄생
판게아를상상한사람들_대륙이동설의기원을찾아서
드러나는지구속_지진파를발견한과학자들
지구내부를가르다_불연속면을발견한과학자들
지구의심장을발견하다_내핵을밝혀낸잉게레만
지구는퍼즐이다_판구조론으로보는지구의비밀

세번째만남_기상학,날씨를과학으로담다

하늘을읽은철학자들_고대그리스의기상학
안티크톤에서구름까지_중세기상학의여정
공기의무게를측정하다_토리첼리와대기압의발견
공기의무게를증명하다_파스칼과괴리케의대기압실험
구름너머의진실_알프스를오른대기과학의선구자소쉬르
구름에이름을붙이다_하워드가본하늘의질서
뜨거워지는도시,흐려지는하늘_열섬과스모그현상

네번째만남_대기권발견과구름위의과학자들

구름위로간사람들_열기구와대기과학의탄생
하늘을나눈선_성층권발견이야기
보이지않는하늘의경계선들_오존층에서열권까지
하늘은왜층층이나뉠까?_대기권의과학적구조

다섯번째만남_기상학의역사와그선구자들

눈에보이는바람의언어_보퍼트,바람을분류하다
신의분노에서과학적예측으로_태풍연구의역사
날씨를읽는과학의탄생_일기예보의역사
현대기상학의뿌리를찾아서_일기예보의아버지피츠로이

여섯번째만남_불확실성속의과학,하셀만의논문속으로

비는쟁기를따를까?_기후변화에대한인식의변천사
빙하가남긴흔적_루이아가시와빙하기이론의탄생
열을가두는공기의정체_온실효과의과학적기원
온실효과의숨겨진선구자_유니스푸트의빛나는발견
기후변화를물리학으로예측하다_마나베와기후모델실험
기후를확률로예측하다_하셀만이밝힌불확실성속의질서

만남에덧붙여

ThermalEquilibriumoftheAtmospherewithaGivenDistributionofRelativeHumidity_마나베논문영문본
StochasticClimateModelsPartI.Theory_하셀만논문영문본
위대한논문과의만남을마무리하며
이책을위해참고한책과논문들
수식에사용하는그리스문자
노벨물리학상수상자들을소개합니다

★전국과학교사모임추천★박문호의자연과학세상특강선정도서
★이공계진학예정자필독서★노벨상수상자논문영문본수록

날씨에서기후로,그리고물리학으로

날씨를관찰하고기록하는일은고대문명에서농경과생존을위해필수적이었다.그러나단편적인날씨의나열만으로는지구의거대한변화를설명할수없었다.아리스토텔레스가『기상학』에서번개와우박,바람을체계적으로설명하려한이후,인류는점차‘기후’라는장기적이고구조적인현상에눈을돌리게된다.19세기에들어빙하기이론,대륙이동설,대기권발견은기후가단순히자연의변덕이아니라과학적으로설명가능한대상임을드러냈다.『기후물리학』은이렇듯기후연구의기원을하나하나짚으며,‘날씨의합’으로만여겨지던기후가어떻게독립된물리학의영역으로확립되었는지를서사적으로보여준다.이는곧기후위기를과학적언어로설명할수있는토대가어떻게마련되었는지를드러내는과정이기도하다.

기후를수학으로읽어낸사람들

아레니우스가1896년논문에서이산화탄소와지구온도사이의정량적관계를계산한것은기후과학사의획기적인사건이었다.그는대기중이산화탄소농도가두배가될경우지구평균기온이얼마나상승할수있는지추정했고,이는오늘날‘기후민감도’라는핵심개념의출발점이되었다.뒤이어존틴들은대기구성성분의적외선흡수율을실험적으로밝혀내며,이산화탄소와수증기가열을가두는‘온실가스’임을규명했다.20세기중반,마나베슈쿠로는방사-대류평형모델을통해기후예측을정밀한물리학으로끌어올렸다.『기후물리학』은이들논문원전을그대로실어독자가단순한이론해설이아니라실제과학자의계산과실험의흔적을접하도록구성했다.수식과데이터가어떻게인류의기후인식을바꿨는지,그리고왜기후모델링이오늘날정책결정의근거가되었는지를생생하게전한다.

불확실성을예측가능한것으로바꾼하셀만

“기후는예측불가능하지않다.확률적으로예측할수있다.”하셀만이제시한이선언은기후물리학의패러다임을바꿔놓았다.그는날씨가일시적이고혼돈스러운변동을보이더라도,그평균적이고장기적인패턴은확률적모델을통해읽어낼수있음을증명했다.그의‘확률적기후모델’은대기와해양,태양복사와지표시스템이얽힌복잡계를수학적으로다루는길을열었고,결국인류가당면한기후위기를과학적으로설명하고예측할수있는토대를마련했다.2021년노벨물리학상을수상하며그는다시한번“기후문제는기술의문제가아니라의지의문제”라고강조했다.이메시지는과학적통찰이단지실험실안의지식으로머무르지않고,사회와인류의미래를향한경고와제안이될수있음을잘보여준다.『기후물리학』은하셀만의논문을그대로담아내며,독자가그의수학적아이디어와과학적용기를직접체험하게한다.

과학과사회를잇는교양서

『기후물리학』은기후를둘러싼과학적발견의역사를사회적맥락과연결해성찰하게한다.정완상교수특유의문답식대화는독자들이기후시스템과수식을부담없이이해하도록돕고,‘물리군’이던지는질문을통해복잡한기후모델과열역학법칙이일상의언어로다가온다.
이책은단순한지식전달을넘어,기후위기시대우리가어떤선택을해야하는지묻는다.아레니우스의온실효과계산,마나베의대기모델,하셀만의확률적기후모형에담긴과학적통찰은모두인류의미래를향한경고이자제안이다.특히하셀만의“기후문제는기술이아니라의지의문제”라는말은과학이사회적책임과결합할때의힘을잘보여준다.
시리즈의깊이와정교함은외부전문가의평가로도뒷받침된다.「세상에서가장쉬운과학수업」시리즈는박문호박사의‘자연과학세상목요특강’에서연속으로선정되는영예를안았다.제2권『방사선과원소』와제8권『반입자』가연달아채택된것은학술성과교육적적합성을동시에인정받았음을뜻한다.
『기후물리학』은청소년·이공계지망생뿐아니라기후위기에관심있는모든독자를위한안내서다.“지식을아는것에서나아가행동할것”을촉구하며,과학과사회를연결하는진정한교양서로자리매김한다.