단위는과학의시작과끝,단위를알면과학이쉬워진다
단위때문에과학을어려워하는이들이많다.각종기호로표시되는다양한단위는마치해독되지않는암호처럼내용이해를가로막고,때로는과학에등을돌리게만든다.그런데과학책에는왜그렇게단위가많이나올까?“자연과학은물리량을측정하고,측정된물리량사이의관계를밝혀내는학문분야”이고,측정에는반드시단위가필요하기때문이다.‘2m’나‘10kg’처럼,측정된물리량은숫자와단위로표현된다.이러한물리량사이의관계가바로과학법칙이다.그래서,역으로,단위만제대로알면굳이외우지않아도물리량사이의관계‘식’을짐작할수있고,과학법칙을보다쉽게이해할수있다.
‘힘’이란무엇인가?과학개념까지잡아주는충실한단위사전
이책은단위사전을표방하지만,모든단위를망라하지않는다.대신,과학에서주로쓰이는핵심단위와상수에집중해,단위를제대로이해하고단위에익숙해질수있도록필요한내용을충분히담았다.각단위에대한설명은총세단락으로구성된다.첫단락에서는압력,에너지,온도,자기장등단위로표현되는물리량의개념을알아보면서관련이론및실험을통해단위가설명되는과정을살펴본다.두번째단락에서는단위의정의와실제쓰임을알아본다.J,kWh,eV,cal는모두에너지의단위인데,어떻게다르고각각언제쓰일까?이처럼유사한단위나비슷해보이지만구별해야할단위도비교하여소개한다.마지막단락에서는단위에이름을남긴과학자의생애와주요업적을소개한다.
예컨대,힘의단위뉴턴(N)에서는일상에서쓰는힘이라는말과과학용어로서힘의차이를구분하고뉴턴의운동법칙을통해힘이설명되는과정을먼저살핀뒤,구체적으로1N은어떻게정의되며어느정도크기의힘인지,무게와질량은어떻게구분되고각각어떤단위로나타내는지알아본다.이어서아이작뉴턴의생애와업적을돌아본다.최무영교수의말처럼“단위를표제삼아고전물리에서양자물리,열과통계물리의핵심내용까지풀어놓은이책은단위뿐아니라과학자체의이해에많은도움을줄것”이다.
“우리는일상생활에서힘이라는말을자주사용한다.“오늘은할일이많아힘든하루였다.”“요즘날씨가더워서힘들지?”“힘들면쉬어가세요.”그러나이때의힘과물리학에서이야기하는힘은차이가있다.일상생활에서힘이라는말은폭넓게쓰이는반면,물리학에서힘은질량과가속도의곱으로명확하게정의되어있다.”(43쪽)
킬로그램의기준이바뀌어도변함없는내몸무게,그럼왜바꾸었을까?
새로운국제단위계와7가지정의상수의의미
1960년에국제단위계가확립된이래로가장심대한개정이2018년에있었다.킬로그램원기를폐기하고플랑크상수를이용해질량을정의하게되면서국제단위계의기준을기본단위가아니라자연에존재하는7가지상수로바꾸어버린것이다.그렇지만,우리가사용하는단위의크기가바뀐건아니다.1킬로그램의질량은2018년이전이나이후나똑같고,지금당장2018년이전의기준으로돌아간다해도내몸무게는조금도변함이없다.하지만미터원기나킬로그램원기대신자연에존재하는상수를기준으로삼게되면서“측정의정밀성과실험을통한재현성이향상”되었다.오랜세월이지나면서오염이나산화반응등으로미세하게값이달라지는원기와달리상수는언제나같은값이고,“적절한장비를갖추고있는실험실에서라면누구나실험을통해측정가능”하기때문이다.서론에는셰세프,큐빗,척관법등고대동서양의측정단위부터국제단위계의성립과2018년의재정의에이르기까지현대적단위체계의발전과정이일목요연하게정리되어있다.
새로운국제단위계의기준이된7가지정의상수에관해서는2장에서살펴본다.각상수의의미와측정방법,그리고각각의상수가기본단위인초,미터,킬로그램,암페어,켈빈,몰,칸델라와어떻게연결되는지도알아본다.흑체복사문제를해결하며양자역학의문을연막스플랑크,통계적인방법으로엔트로피를정의한통계역학의아버지루트비히볼츠만등상수가된과학자의이야기도담겨있다.
[작가의말]
단위는사물의크기와수량,뜨겁고밝은정도,힘의세기등모든물리량을측정하는기준이다.따라서과학,특히정량적인성격이강한물리학에서는단위가무척중요하다.그런데2018년제26차국제도량형총회에서그동안사용해온단위체계를7가지정의상수를바탕으로전면개정했다.이결정으로우리가사용해오던단위의크기가바뀌는것은아니다.그러나단위에대한기본개념이크게달라졌다.…단위를통해과학의역사를새롭게조명하고물리량에숨어있는철학적의미를다시생각해보기위해쓴이책이,과학을이해하고과학과가까워지는데조금이나마도움이되면좋겠다._머리말에서
추천사
경험적적합성은과학을예술등다른분야와구분지어주는핵심개념으로서,실험의검증없이과학은성립할수없다.그과정은측정을통해이루어지며측정된물리량은단위로표현된다.따라서단위를알면과학이보인다는말은매우적절한표현이다.에너지나방사능같은사회적현안을이해하는데도단위는필수적이다.하지만현실의과학교육에서는이를체계적으로다루지못하고있고,충실하게소개한책도눈에띄지않았다.이책은기본상수와주요단위의정의와쓰임을명쾌하게설명할뿐만아니라,단위로표현되는물리량의개념과과학법칙,과학의역사와과학자이야기를단단하게엮었다.단위를표제삼아고전물리에서양자물리,열과통계물리의핵심내용까지풀어놓은이책은단위뿐아니라과학자체의이해에많은도움을줄것으로기대한다.
-최무영(서울대학교물리천문학부명예교수,『최무영교수의물리학강의』,『과학,세상을보는눈』저자)
