모르면 신비롭지만, 알면 쉬운 과학

지은이 정완상은 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리즈 중 알베르트 아인슈타인의 ＜특수상대성 이론＞이다. 알기 쉽게 갈릴레이의 고전역학에서 아인슈타인의 특수상대성 이론까지 일대일 강의처럼 일반인과 과학도의 처지에서 질문하고 이해하는 생각의 흐름을 따라 설명한다. 과학의 세계는 잘 모르기에 늘 신비롭기만 하다. 설명을 듣고 나면, 신비감이 없어지겠지만…. 일본의 후쿠시마 원자력발전소 붕괴사고로 생긴 방사능오염수의 해양 방출 문제로 골치를 앓고 있는데, 원자력발전이나 핵융합발전과 같은 발전방식도 아인슈타인의 질량과 에너지의 관계에서 찾은 E=Mc2 공식에 힘입은 바가 크다. 이게 원자탄을 만들었지만...

기존에 적어도 이 책이 나오기 전까지, 양자역학과 상대성이론에 관한 세계적으로 수많은 책이 나왔다. 앞으로도 그러겠지만, 대체로 책들은 수식을 피하고 관련된 역사 이야기만을 담고 있는데, 오히려 과학자들의 오리지널 논문을 함께 살펴보는 것이 더 도움이 될 듯,

그의 연구가 물리학계에서 어떤 자리매김 했는지를 보여준다. 지은이는 기초과학에 관한 모든 지식이 진실이 아닐 수도 있지만, 기초과학의 지식 형성 과정에서 우리는 새로운 지식을 발견할 수 있다고. 새로운 지식발견에 방점을 찍었다. 우선 책은 2부로 나눠서 설명하는데, 1부는 고전역학에서 특수상대성이론이 나오는 과정을 다루는데, 이해를 돕기 위해 갈릴레이와 뉴턴의 역학과 광속을 측정한 사람들에 관한 소개를, 그리고 2부에서는 맥스웰 방정식과 특수상대성 이론과의 관계와 질량과 에너지 관계를.

특수상대성 이론으로 고전역학에서 양자역학으로 전환

특수상대성이론(1905년의 논문 “움직이는 물체의 전기자기학에 관하여”), 갈릴레이와 뉴턴이 완성한 역학 이론(고전 역학)은 이 논문으로 새롭게 다시 쓰게 되는 데 이를 ‘양자역학’이라 한다. 갈릴레이나 뉴턴의 물리학이 3차원 공간의 세상을 바탕으로 한다면 아인슈타인의 이론은 여기에 시간을 포함한 4차원 공간의 세상으로, 변화를 가져온다. 즉, 인류는 4차원 우주에서 산다는 것이다.

아인슈타인은 놀랍게도 한 평생에 걸쳐 쓰기도 어려운 논문을 1905년 한 해에 특수상대성이론을 비롯하여 브라운운동, 광전효과, 질량과 에너지 등가관계 등 4편을 동시에 발표한다. 이들 논문 중 “광전효과”로 노벨물리학상을 받았다. 네 편의 논문을, 샘솟는 아이디어를 주체할 수 없었던 것일까…. 이 책에서 다루느 특수상대성이론에 관한 전체 이미지는 다행스럽게도 호킹의 인터뷰(17~23쪽)에 잘 나타나 있다. 정교수와 물리 군의 대화에 들어가기 전에 에피타이저라 할까, 먼저 이 대목부터 읽기를 권한다. 짧지만, 이 이론에 핵심을 잘 지적했음은 물론, 이 이론의 물리학계, 현실 사회생활에 어떤 영향을 미쳤는지, 그리고 앞으로 미칠 것인지를 엿볼 수 있다.

특수상대성 이론 논문의 개요- 혁명적인 두 가지 가설

아인슈타인은 에테르[(빛의 파동설의 부산물로 파동이 진행하기 위해서 필수적으로 있어야 한다고 믿어졌던 매질(물결파에 대해서는 물, 소리에 대해서는 공기) 중 광파동 매질의 이름]의 존재를 믿지 않고, 두 가지 가설을 세웠다. 하나는 광속도 불변의 원리, 빛이 갈릴레이의 속도 덧셈규칙을 따르지 않았음을 증명한다. 또 하나는 역학과 전기자기학에 대한 물리현상은 정지한 관찰자나 등속도로 움직이는 관찰자에게 똑같은 모습으로 관측된다고... 이것이 특수상대성원리다. 이로 부터 10년 후쯤에 일반상대성이론이 등장한다.

정교수와 물리 군의 대화를 풀어내는 "대화법" 식 설명

본문으로 옮아가면, 정교수와 물리 군의 대화방식으로 키워드를 설명한다. 일대일 공부다. 책을 읽는다기보다는 지은이가 나에게 하나씩 가르쳐주는 그런 느낌이어서 꽤 신선하다. 이 책이 다루는 내용의 30%만 이해, 아니 맛만 봐도, 어디 가서 있어 보이는 수준은 될 듯하다. 고전역학을 다루면서 뉴턴이 누구인지, 언제 어디서 태어나 어떤 계기로 연구를 했는지, 그의 연구특징은 무엇인지도 곁들어 설명해주니 편안하게 1석 3조 효과를 얻을 수 있다.

이 시리즈의 다음 편에는 어떤 이론이 소개될 지 자뭇 궁금하다.

＜출판사에서 보내 준 책을 읽고 쓴 리뷰입니다＞

태그#세상에서가장쉬운과학수업특수상대성이론#정완상#성림원북스#노벨상수상자들의오리지널논문으로배우는#일대일의과학수업#대화법으로푸는과학의개념과이론들#시민교양과학#책콩카페#책콩서평단#책추천

**요약

과학에 호기심이 있는 이과생이 읽으면 책을 많이 이해할 수 있을 것입니다.

물리와 수학에 약한 분이 읽더라도, 시간=거리/속력 만 알아도 대부분은 어느정도 이해할 수 있습니다. 이론을 수식으로 나타내는 부분정도만 유심히 보고, 식을 전개하는 부분은 뛰어넘기면서 가벼운 마음으로 볼 수 있을 것입니다.

[서평]

책 제목과 설명이 내 시선을 사로잡았다.

나는 이과생으로서, 공대생으로서, 또한 기계공학 관련 일을 해온 사람으로서 상대성이론에 대해 얼마나 알고있는가?

이런 자문에 속으로도 대답하지 못 할 정도로 나는 상대성이론이라는 단어를 듣기만했지, 그 내용에 대해서는 무지했다.

그래서일까, 이과생의 지적 호기심이 미약하게 남아있던 찰나 이 책의 소개글이 너무나 구미가 당겼다. 

막상 펼쳐보기 두려운 '상대성이론'이라는 내용을 쉽게 설명해준다니? 마다할 이유가 있을까?

이런 연유로 이 책을 읽게 되었다.

그리고, 잘 읽었다고 판단했다.

사실 나조차도 책에 나오는 수식을 하나하나 뜯어보며 전개를 따라가보진 않았다.(시간적, 뇌적 한계 때문에..?하하)

하지만 수식을 전개하는 과정은 뛰어넘겨도 책 전반을 이해하는데 불편함이 없었다. 

아니, 개인적으로는 이 책을 처음 1독 할 때는 그래야 더 좋다고 생각한다.

그래야 책을 중간에 그만두지 않게 되고, 또한 앞의 정보가 기억에 남아서 연속성이 생기기 때문이다.

이 책에서 중점적으로 봐야 할 부분은 과거에 지금처럼 과학적 지식이 없던 때에, 이런 지식들을 어떤 과정을 통해 도출해 냈는지 그 사고과정을 지켜보는 것에 있다.

그리고 그 이론이나 수식의 의미가 어떤 것인지 정도만 이해한다면 충분히 과학이라는 어려운 벽을 허무는 단계에 들어갔다고 본다.

어떠한 우연한 사건발생을 그냥 지나치지 않고 또 다른 수 차례의 실험을 통해 이론을 도출해내고 검증하는 그 과정이 꽤나 흥미롭다. 지금의 나도 생각을 못할 정도로 말이다. 옛날 과학자들도 두뇌가 정말 뛰어났다는 것을 이런 부분에서 느낄 수 있었다.

한 예를 들어볼까?

당신이라면 빛의 속도를 어떻게 측정할 것인가? 그 방법을 고안해볼 수 있나?

(해냈다면 당신은 제가 인정하는 뇌섹남/녀 입니다!)

나 스스로에게도 이 질문을 던졌지만, 지금의 지식과 가진 것들을 쓰더라도 어떻게 접근해야 할지 쉬이 감이 안잡혔다. 근데 과거 거인들은 다양한 방법으로 접근하여 실험을 통해 본인의 생각을 논리적으로 검증해내고자 했다. 이것만으로도 정말 뛰어나지 않은가?

이런 생각으로 책을 읽다보니, 특히 이런 과거 흐름의 내용들을 정말 재밌게 읽었다.

물론 책의 내용 중에 실험과정에서 일부 구체적인 설명이 부족하여 정확히 어떻게 측정을 했는지에 대한 이해는 못한 것들도 있었다. 이론적으로는 뭐 여기까지 시간을 재고, 거리를 재고 한다지만 당시에 물리적 한계안에서 어떻게 그런 것을 측정했는지도 내게는 재미난 관심사였는데, 그런 디테일한 부분이 누락되어 아쉬웠다. 아마 책의 주된 흐름에서 벗어나는 걸 방지하고자 너무 상세한 것들은 뺀 것 같았다. 그것들은 독자가 원한다면 추가적으로 찾아볼 수 있게 도움을 준다면 더욱 좋을 것 같았다.

어려운 이론을 쉬이 설명하고자 노력하신 저자님께 감사의 말씀 드립니다.

*YES24 리뷰어클럽 서평단 자격으로 작성한 리뷰입니다

우리집 초3 아들은 한창 과학 이야기에 빠져있다.

유튜브로 보는 내용들도 전부 과학, 특히 물리학에 관련된 내용을 많이 본다. 나에게 하는 질문들이 어느 순간 예사롭지 않다고 느꼈다. 엄마인 내가 전부 물음에 답할 수는 없겠지만, 어느정도 발을 맞춰야 겠다는 필요성은 절실히 느끼고 있었다.

그러던 차에, 이 책을 만나게 되었다.

일목 요연하게, 물리학 교과서에 꼭 등장하는 근간이 되는 원리와 과학자, 그 배경에 대해서 아주 잘 정리 되었다. 사실은 아이에게 읽으라고 권해주고 싶었으나, 아직 초3인 아이가 혼자서 바로 읽기에는 무리가 있어 보인다.

내가 읽으면서 조금 쉬워보이는 부분은 권해주고, 필요하면 관련 유튜브 영상을 찾아보는 식으로 아이와 여름 방학에 정리해 보았다.

책 중간에 관련 수학공식들이 등장하는데, 이 부분은 사실 좀 어려워서, 나는 그냥 스킵했다. 사실 초등학생보다는 중-고등학생이 읽어보면 좋을 것 같다는 생각이 든다. 

*꿈꾸는 도서관 스페셜 서평단 자격으로 작성한 리뷰입니다.

https://blog.naver.com/redlily0070/223175244203

 

'오리지널 논문'으로 배우는 과학이라는 말에, 이번에야 말로 특수상대성이론을 마스터 할 기회다 싶어 서평단에 신청했다. 교원임용 공부 때 ＜퍼펙트물리＞ 때문인지 저자 정완상 교수님 성함이 친숙하게 느껴지기도 했는데, 막상 저자 도서 검색을 해 보니 최근 10년 사이 아동, 청소년, 일반인을 위해 쉽게 풀어 쓴 과학 도서가 대부분이어서 놀랐다.

이 책은 아인슈타인의 논문을 따라 크게 2부로 이루어져 있다. 1부에서는 고전역학에서 특수상대성이론이 나오기까지 과정을, 2부에서는 전기와 자기에 관한 맥스웰 방정식과 특수상대성 이론의 관계 및 질량-에너지 관계를 설명한다.

우리나라 중등교육과정만 따라가도, 그러니까 문과생도 쉽게 이해할 수 있는 특수상대성이론서라고 했는데 물리교육 전공자인 나도 십수년 잊고 있었던 수식을 보니 어질하다. 문과생이 수식까지 따라가기는 힘들 것 같다는 게 솔직한 생각. 하지만 수학과 물리학의 관계, 수학으로 물리 현상을 어떻게 풀어가는지, 물리적 현상을 이해하고 설명하기 위해 수식을 어떻게 활용하는지에 대한 힌트를 얻기에는 탁월한 책으로 보여진다.

저자는 특수상대성 이론을 설명하기 위해 기초가 되는 물리 개념과 이에 얽힌 과학자들의 일화를 다양하게 소개한다. 비슷한 시기 혹은 시간차를 두고 과학자들이 한 가지 개념을 얼마나 달리 이해하고 해석했는지를 살펴보는 재미가 쏠쏠하다. 개념을 다각도로 이해하는 데 도움이 될 뿐 아니라, '물리'하는 '과학자'들의 뇌를 들여다보는 신나는 기회가 될 것이다.

#1. 물리학의 배경 아이디어 전개

아리스토텔레스, 갈릴레이, 뉴턴으로 이어지는 역학의 개념 소개는 물체의 운동에 관한 관점이 어떻게 변해왔는지를 한 눈에 보여준다. 또 빛의 속도가 유한하다거나 무한하다고 주장한 과학자들의 이야기와 함께 빛의 속력을 측정하고자 했던 갈릴레이, 뢰메르, 피조의 실험 논리를 따라가다 보면 시간 가는 줄 모르고 나도 빛에 빠져들게 된다. 정전기로 시작해 레이던병에 이어 전지로 이어지는 이야기도 마찬가지다. 생활에서 호기심을 일으키는 자연 현상으로부터 물리 개념의 발전 과정을 자연스럽게 따라가게 되는, 소재 선정부터 설명까지 전개가 인상적이다.

저자는 전공자가 아닌 일반 대중을 위한 과학서는 수식이 빠진 채 설명하는 경우가 많아 수식을 따라가며 과학자의 논문을 이해해 볼 수 있는 책을 시도했다고 한다. 하지만 이과생으로 물리를 공부한 입장에서 수식은 수학만으로 따라갈 수 있지만, 그 수식이 갖는 물리적 의미를 파악하는 것이 오히려 어려웠다고 말하고 싶다. 대학 시절 많이 했던 말 중 하나는 "제가 뭘 막 쓰고 문제를 풀고 있는데요, 제가 뭘 하고 있는 건지 모르겠어요." 였다. 수식과 물리 현상을 엮는 의미 파악은 대단한 통찰력 혹은 누군가의 친절한 교수를 요한다. 그런 의미에서 논문의 전체적 의미를 말로 풀어 설명하면서, 그 과정을 수식과 함께 따라오게 하는 친절한 자습서이다.

#2. 개인적으로 가장 흥미로웠던 부분

＜마흐의 역학 비판＞

뉴턴은 물체의 공간적 배치나 운동과 무관하게 한결같이 흐르는 절대시간, 모든 물체에 대해 완전히 정지해 있는 절대공간이 있다고 믿었다. 반면 마흐는 1886년 그의 저서 ＜감각의 분석＞에서 모든 지식은 감각에서 나오기 때문에 과학적인 관찰로 얻은 현상들은 오직 그 현상을 관찰할 때의 경험이나 '감각'을 통해서만 이해할 수 있다고 주장했다. 이런 생각으로 마흐는 뉴턴 역학을 비판했다.

"물체의 운동을 시간에 따라 측정한다는 것은 불가능하며 시간은 물체의 운동으로부터 우리가 도입한 개념이다." ＜역학의 발달＞, 마흐, 1883

물체가 정지해 있고 생명의 탄생과 죽음(감각에 의한 인식)이 없다면, 즉 세상에 어떤 변화(운동)가 없다면 시간이 흐름을 느낄 수 있겠는가? 세상의 변화없이 시간은 의미 없다, 변화에 대한 인지가 시간 개념에 우선한다는 것이다. 마흐는 뉴턴의 이론에 대해 질량, 속도, 힘과 같은 물리량은 상대적인 것이고 절대적인 양은 존재하지 않는 상상의 산물이라고 주장했다. 마흐의 이런 개념은 후일 아이슈타인의 특수상대성 원리에 큰 영향을 미치게 된다.

아인슈타인이 천재라서 획기적인 아이디어를 번뜩 떠올린 줄 착각했다. 그 앞에는 마흐, 로렌츠와 같은 수많은 거인의 어깨가 있었다는, 그 어떤 놀라운 발견도 실은 우리 모두가 함께 쌓아 올리는 탑임을 다시금 깨닫는다.

여하간 마흐의 ＜감각의 분석＞, ＜역학의 발달＞이 짧게 소개된 이 대목에서 슈타이너가 떠올랐고, 공교롭게도 이십여년을 사이에 둔 오스트리아 출신들이라니 인지학의 태동이 이 어디쯤일까 싶었다. 마흐의 주장 이면에는 나와 너, 주체와 객체, 세계가 분리되지 않은 일원론적 세계관이 있기 때문이다. 내 눈이 인식하는 과정, 신경 전달 체계를 포함해 말로 다 할 수 없는 영역까지 포괄한 인지 영역을 토대로 '과학'을 하는 것인데, 과학은 말로 다 할 수 없는 영역을 싹둑 잘라내고 나와 별개의 객관적 세계가 분명히 존재하는 양 한다.

내게 처음 이런 과학주의에 대한 문제 의식이 생겼을 때, '언제부터였을까? 어쩌다 과학은 이렇게 진짜 세계의 반쪽만을 가지고 전체인 양 다루는 학문이 되었을까?' 의문이 있었다. '생각'만이 아니라 실험을 통한 증거가 논리를 뒷받침하는, 그래서 근대 과학의 상징이 된 뉴턴은 결과적으로 그가 의도했든 아니든 '나'라는 존재와 별개로 존재하는 '객관적' 세계가 있다는 상을 만들었고, 그 상은 이제 '객관적 세계'가 있다는 사실을 의심하는 사람을 유사과학에 속는 어리석은 사람으로 취급할 만큼 우리 세상에 공고해졌다.

마흐의 주장은 뉴턴 역학을 이기지 못했고 과학사의 뒤안길로 사라졌다. 지금까지도 밀려나 있지만, 그의 주장 어디까지가 진실인지를 떠나 뉴턴과 동시대에 이런 관점으로 뉴턴 역학을 비판한 사람이 있었다는 것이 나에게 아직 이해하기 힘든 작은 안도감을 주었다.

＜아인슈타인의 토론의 밤＞

아인슈타인이 연방공과대학을 졸업하고 스위스 특허국 공무원으로 있으면서 특수상대성원리에 대한 논문을 발표한 것은 유명하다. 이 때, 같은 과 졸업생이며 4살 연상 세르비아 출신 밀레바 마리치와 결혼을 하는데 다른 지인을 포함하여 '올림피아 아카데미'라는 토론 동아리를 만들고 거의 매일 밤 함께 모여 철학, 과학, 문학에 대해 토론했다고 한다.

부부가 함께, 거의 매일 밤 함께 모여 철학, 과학, 문학을 놓고 토론했다니 얼마나 신나는 별이 빛나는 밤이었을까, 그 시간으로 날아가고 싶어졌다. 근래 만난 여러 자서전, 회고록을 보면 공통적으로 당대 지식인들의 이런 활발한 교류가 등장한다. 내 삶을 더 단순하게 만들고, 이런 즐거운 시간을 확보해야 겠다는 의지가 생겼다.

#3. 의외의 발견

아인슈타인은 명언이 많다. 모든 사람은 천재인데, 물고기를 나무 오르는 능력으로 평가한다면 평생 자신을 어리석다고 생각하며 보낼 것이라고, 획일화된 학교의 평가방식을 비판한 말은 그 중에서도 유명하다. 탁월한 과학자들이 사회적 가치 판단의 문제에 관해 언급하는 일 자체가 흔치 않기 때문에, 나는 이런 류의 명언 -편견을 깨는 것이 원자핵을 깨는 것보다 어렵다와 같은- 많이 남긴 아인슈타인을 좋아했다.

아인슈타인은 회고록에서 힘들었던 김나지움에서의 고교생활을 이렇게 표현했다.

학교가 공포, 권력, 권위에 의해 운영되는 것만큼 나쁜 일은 없다. 이것은 학생들의 건강한 감정과 자신감을 깨뜨려 버린다. 이런 교육은 결국 비굴한 국민을 만들 것이다.

아인슈타인

이후 스위스로 거취를 옮겨 취리히 근교 아라우 고교에서 행복한 고교 시절을 보내는데

이 학교는 내게 너무나 인상적이다. 학교에는 자유의 정신이 있고 교사들은 권위에 의존하지 않고 사려가 깊다.

아인슈타인

요즘 학교 교육 환경이 연일 이슈다. 노벨상 수상자를 길러내기 위함만이 아니라, 교육 공간이 어떠해야 하는가, 모두가 귀히 다시 보길 바라는 마음인데 특히 저자도 같은 마음인 것 같아 반가웠다.

전지 발명에 크게 기여한 갈바니와 볼타의 대조적인 노년도 인상적이었다. 프랑스 대혁명의 영향으로 이탈리아에서도 공화국이 수립되었는데 갈바니는 새로운 지배자에게 복종하지 않아 교수의 자리를 빼앗기고 집에서 여생을 보내다 세상을 떠났고, 볼타는 새 정부에 충성을 맹세해 죽을 때까지 편안하게 연구할 수 있었다고 한다. 나는 어떤 선택을 했을까 묻게 된다. 어떤 선택이든 내가 덜 불편하고, 조금 더 견딜만한 행복한 방법이겠지마는 이탈리아 새 정부의 명분이 무엇이었는지를 따지기 전에 갈바니의 노년이 구슬프지 않았길 지금 여기에서, 그 시절로 연민을 보내본다. 일면식 없는 볼타가 괜히 살짝 얄미울 뻔 한 대목이었으나, 오직 과학에 진심이었을, 신나게 연구했을 그에게도 박수를 보낸다.

과학교사들은 수업을 풍성하게 하는 데 큰 도움이 될 것 같다. 책의 기대감 이상으로 부응했고, 다음 시리즈가 더욱 기대된다.

#꿈꾸는도서관, #스페셜서평단, #물리논문으로공부하기추천도서, #특수상대성이론쉽게공부하기, #정완상, #아인슈타인의학교생활, #마흐, #마흐의역학비판, #아인슈타인의밤, #과학자의노년, #과학도서추천, #과학교사추천도서, #물리교사추천도서, #세상에서가장쉬운과학수업특수상대성이론

엠씨스퀘어라는 단어는 많이 들어봤습니다. 그리고 광자는 질량을 갖는다와 갖지않는다로 의견이 분분하던 시절 북극 탐험대가 관측한 빛의 굴절현상은 그 의견을 한번에 종식시켰습니다. 그리고는 그간 패러다임이었던 뉴턴의 이론이 수정되지 않을 수 없었습니다. 그 수정까지 이끌어낸 사람은 우리가 익히 알고 있던 아인슈타인이었습니다. 처음부터 과학자는 아니었습니다. 특허국 공무원으로 재직하던 시절에서부터 활발하게 논문을 집필했던 아인슈타인은 우리가 알고 있던 여러 논문들을 배출해내고 있었습니다.

그러나 1945년 8월 6일 그리고 1945년 8월 9일 히로시마와 나가사키에 리틀보이와 풋맨이 떨어지면서부터 세상은 급변하기 시작했습니다. 그리고 아인슈타인은 이렇게 말했습니다. "히로시마와 나가사키에 핵폭탄이 떨어질 줄 알았으면 1905년에 집필한 내 논문은 그 자리에서 바로 찢어버렸을 것이다." 라고 말했는데 그는 그의 논문이 이런 비극을 낳을 줄은 꿈에서도 생각지 못했다는 방증이 되기도합니다.

책의 구성은 물리군(가상의 인물)과 정완상 교수(정교수)의 대화형식으로 진행되고 있습니다. 이는 갈릴레이의 지동설을 이야기할 때 심플리치오와 살비아티의 대화형식으로 자신의 논증을 증명해나가는 형식을 차용한 것 같았습니다. 그리고 그 심판관의 역할을 했던 사그레도는 결국 갈릴레이의 주장을 대변하는 살비아티의 편을 들어주는 것으로 끝을 맺었습니다만 이렇게 대화형식으로 진행하다보니 글이 지루하지 않고 쉽게 다가왔습니다. 물론 전국과학교사모임에서 이야기했다시피 내용이 논문에 나올 법한 내용도 있습니다만 분명 곱씹으면서 본다면 충분히 이해할 수 있는 내용이었습니다. 물론 문과출신인 저는 수식의 관계는 30%남짓으로밖에 이해하지 못했습니다.

**이 글은 컬처블롬을 통해 제품 또는 서비스를 제공받아 작성한 글입니다.**

노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학

세상에서 가장 쉬운 과학 수업

특수상대성 이론

방학에는 역시 책이죠!!

이번 방학에는 관심있는 분야에 대한 책을 많이 읽기로 했어요.

그 중에서 특수상대성 이론에 관한 책을 읽어보았어요.

특수상대성 이론에 대한 책은 이전에도 읽어보았지만

이 책은 오리지널 논문으로 배울 수 있기 때문에 선택해보았어요.

갈릴레이의 고전역학에서 아인슈타인의 특수상대성이론까지

문과생도 쉽게 이해할 수 있는 특수상대성이론 일대일 수업!

윤이 가장 존경하는 인물이 바로 아인슈타인이에요.

아인슈타인하면 특수상대성 이론이잖아요.

존경하는 인물의 이론에 대해서 심도 있게 배울 수 있는

＜특수상대성이론＞이라 더욱 기대가 되었어요.

아인슈타인 이전의 물리학부터

전기와 자기, 논문 등 특수상대성 이론에 대한

이야기가 304페이지에 걸쳐서 담겨 있어요.

천재 과학자의 오리지널 논문은 어떤 내용이 담겨 있는지

살펴볼 기회가 없었는데 이 책을 계기로 만나볼 수 있어서

너무나 기대되고 궁금했어요.

다양한 이미지 자료를 통해 더욱 쉽고 재미있게

이야기를 이해할 수 있어요.

아인슈타인의 특수상대성이론 최초의 논문에 초점이 맞추어져 있지만

갈릴레이와 뉴턴 역학을 역사적으로 다루었기 때문에

여러 과학자들을 만날 수 있었어요.

과학자에서 과학자로 이어지면서 발전해 온 과학을

생각해볼 수 있었어요.

이해하기 어려운 식들이 가득해요.

논문에 담긴 수식을 풀어가는 과정이 그대로 담겨 있기 때문이에요.

윤도 이 부분이 가장 어려웠다고 하는데

어려운 부분은 때론 뛰어넘기도 하면서 전체적인

흐름을 이해해보려고 노력했어요.

특수상대성이론은 GPS나 우주항공 분야에도 적용이 됩니다.

1905년의 논문이 지금의 우리 생활에 지대한 영향을 발휘하고 있는 것이죠!

과학이란 바로 이런 것인 것 같아요.

어떠한 것을 바탕으로 그 위에 쌓이고 쌓여서

더 큰 발전을 가져오는 것이죠.

어렵게만 생각했던 특수상대성 이론을 오리지널 논문으로

배우게 되니까 너무 신기해요!

여러번 읽으면서 방학동안 최상위 과학 논문 수업 받아볼게요!

YES24 리뷰어클럽 서평단 자격으로 작성한 리뷰입니다

언젠가 노벨상 수상자의 강연을 들을 기회가 있었다. 코로나를 겪으며 온 국민, 아니 전 세계인에게 익숙해진 중합 효소 연쇄반응(PCR, Polymerase chain reaction)의 원리를 밝힌 장본인으로 나는 당시 하루에도 수십 차례씩 그 반응기를 돌리는 입장이었기에 그 강연은 아주 재미있었다. 생각해 보면 아주 엄청난 발견은 아니라는 생각도 들었다. 하지만 대단한 이론은 사소한 것의 발견에서부터 시작되는 것 같다.

주입식 교육으로 똘똘 뭉친 학창 시절 나의 과목들은 나 뿐만 아니라 많은 아이들의 이목을 끌지 못했다. 주변 친구들 사이에서는 수포자, 과포자들이 넘쳐났고 점수가 잘 나오는 친구들을 보면 그저 부러워하기에만 급급했다. 아마 '할 수 있다', 또는 '해보면 할 수 있겠지' 이런 희망적인 문구조차 떠올리지 못했던 것 같다. 수학이나 과학은 이 세상의 언어가 아닌 것, 이번 생애에 나는 이 과목들은 몰랐던 것으로 치부해버린다. 과학적 원리를 생각해 보며 '아 과학이 정말 재미있는 과목이었구나!' 라고 느낀 건 내가 대학교에 다니면서였다. 대학에 입학하자마자 문제집이 없다는 사실에 뭔가 이정표를 잃은 듯한 느낌이 들어 놀랐고 원한다면 정말 원없이 놀 수 있는 나의 상황에 또 한번 놀랐다. 모두 내 손에 달려있고 내가 결정하는대로 내 인생이 굴러갈 수 있다는 것이 좋았지만 한 편으로 아주 부담스러웠다.

가방 끈을 늘이면서 내가 확실히 느낀 것은 무엇이든 원리를 알면 재미가 있고 재미가 있어야 공부를 하고 싶은 마음이 더욱 생긴다는 것이다. 나의 전공은 물리와는 조금은 거리가 있었기에 물리공부를 열심히 해본 것은 고등학교 시절이 전부이지만 지금이라도 원리를 깨우치고 좀더 다가가려고 노력한다면 물리학도 분명 나에게 매력적으로 다가올 것이라 믿는다.

「세상에서 가장 쉬운 과학 수업 - 특수상대성이론」은 그런 나의 생각을 방증해 주는 책이다. 저자는 대상 독자층을 고등학교 수준의 청소년과 일반 독자로 설정하였다. 아인슈타인은 특허국 공무원으로써 정말 다양한 연구를 진행했는데 그의 수많은 위대한 논문 중에서 "특수상대성이론"과 "일반상대성이론"이 가장 유명하다. 이 책은 그 두 가지 유명 연구내용 중 1905년에 발표된 "특수상대성이론"을 다룬다. 사람들마다의 입장에 따라 이해도는 다를 수 있지만 정규 과정을 마친 독자라면 책의 내용을 충분히 이해할 수 있으리라 본다.

기자와 호킹 박사의 인터뷰로 책은 시작된다. 기자는 아인슈타인의 천재성이나 그가 발표한 이론의 중요성의 크기가 어느 정도 되는지를 물어보고 호킹 박사는 아인슈타인의 일거수 일투족을 설명한다. 이 대화문을 읽다 보면 우리는 아인슈타인의 특수상대성이론 논문이 어떠한 핵심을 담고 있는지 또 그의 논문이 그 후 과학계를 어느 방향으로 이끌었는지를 자연스럽게 알 수 있다. "내가 히로시마와 나가사키에 원자폭탄이 투하되는 일을 예견했다면 내 1905년 논문을 찢어 버렸을 것이다." 라고 말한 아인슈타인의 일화는 아주 유명하다. 하지만 그의 이론이 무기에만 이용된 것은 아니며 원자력발전이나 핵융합발전과 같은 새로운 발전 방식에도 크게 기여했으니 아인슈타인이 1905년 논문을 찢어 버리지 않아서 너무 다행이다. :)

나는 전기·전자 제품을 사용하기 전에는 그 제품의 사용설명서를 보고 문제가 생겼을 때 FAQ를 보고 문제점을 찾아 해결하는 경우가 많다. 그만큼 많은 사람들이 그런 문제에 직면하기가 쉽다는 이야기이다. 또 해당 제품을 만든 회사는 그 문제에 대한 해결점을 찾아 줌으로써 자신들의 제품에 대한 고객들의 신뢰도를 높이려고 노력한다.

내가 갑자기 이 이야기를 하는 이유는 이 책의 작성 방식에 대해 말하고 싶어서이다. 이 책은 호킹 박사와의 깜짝 인터뷰 후 총 여섯 번의 만남을 가진다. 그 만남을 주도하는 인물은 2 인으로 물리군과 정교수이다. 물리군은 물리에 관심을 가지고 있는 그러니까 우리 독자들을 대변한다. 정교수는 물리학에 상당한 지식이 있으며 우리가 궁금해 하는 질문들에 훌륭한 답변을 해줄 저자 정완상 교수님이다. 이 두 사람의 주고 받는 대화 속에서 아인슈타인의 그 어려운 이론은 (그래도 여전히 어렵긴 하지만) 책을 읽기 전보다 훨씬 더 친근하게 다가온다. 아인슈타인 외에 다른 물리학자 수학자들에 대한 이야기들도 읽기에 어렵지 않다.

보다 많은 독자들이 이 책을 통해 과학을 쉽게 고찰하고 언젠가는 우리나라 과학계에서도 노벨상 수상자가 나오면 하는 바램이다.

※ 어려운 이론을 쉽게 설명해 주는 이 책은 출판사로부터 제공받았습니다.

쫑쫑은 이 책을 읽고 개인적인 견해로 이 글을 작성하였습니다.