우리 생활의 모든 사물들이 네트워크로 연결되고 인공지능이 스스로 학습하여 모든 일을 처리하고 우리의 행동들이 쌓인 빅데이터를 기반으로 정보를 처리하는 사물인터넷과 인공 지능의 시대가 시작되고 있다. 이를 4차 산업혁명시대라고 한다.

이러한 4차 산업혁명을 이끄는 선도 기술은 물리학과 디지털, 생물학 등을 기반으로 한 무수한 과학법칙들이 다양하게 응용된 기술이다.

그중 4차 산업혁명의 혁신 기술이라는 나노기술은 아인슈타인의 광양자설, 하이젠베르크의 불확정성 원리, 슈뢰딩거 방정식과 같이 여러 법칙이 모여서 만들어진 양자역학적 지식을 이용한다.

양자물리학을 통해 컴퓨터, 태양 전지, MRI, 반도체 등이 만들어졌고 아인슈타인의 질량-에너지 등가원리는 원자폭탄과 원자력 발전을 가능하도록 했고 핵융합에너지나 수소 연료 전지 같은 신재생에너지 시대를 열어주었다.

상대성이론를 통해서 GPS 위성은 정확도를 유지할 수 있고 블랙홀, 웜홀 등을 통한 시공간 이동을 생각할 수 있게 되었다.

전기를 무선으로 전송하는 무선 전기 송신이나 코일건, 레일건 같은 최첨단 무기 등은 패러데이의 전자기 유도현상과 로렌츠의 힘, 맥스웰의 방정식 등의 원리를 통해 만들어지고 있다.

산업혁명은 과학 기술의 발전이 산업과 접목되면서 사회, 경제적으로 엄청난 변화가 일어나는 것을 말한다. 증기 기관 발명으로 기계에 의한 생산이 가능해진 제1차 산업혁명, 전기에너지를 이용한 대량 생산을 가져온 제2차 산업혁명, 컴퓨터와 인터넷, 반도체 등 정보통신기술을 통한 생산자동화를 이끈 제3차 산업혁명의 시대를 우리는 거쳐왔다. 증기 기관은 열역학 법칙과 뉴턴의 운동법칙, 보일과 샤를의 법칙 등을 응용하여 만들어졌다. 앙페르 법칙과 패러데이의 전자기 유도 현상, 맥스웰의 방정식 등을 통한 전자기의 발전은 전기에너지를 우리 생활에 사용할 수 있게 했다. 주기율표와 아보가드로의 법칙을 이용하여 새로운 원소들을 발견하고 그 성질을 이용하여 생활에 필요한 여러 가지 물건들을 만들어냈다. 전자기 현상을 이용한 전자제품의 발달과 양자역학의 접목으로 컴퓨터와 인터넷이 우리 생활 속에 자리를 잡았다.

이처럼 새로운 과학 법칙의 발견이나 기존 연구된 내용들을 통합하면서 과학 기술이 발전할 때 우리 사회에 놀라운 변화가 일어나는 것이다.

과학 수업 시간에 지루하게 느꼈던 자연과학 법칙 하나하나가 모여서 우리의 사회, 경제, 문화를 혁신적으로 바꾸어놓았다. 자연과학 법칙들이 발견되고 연구되면서 인간의 삶은 편리하고 풍요로워졌다.

앞으로의 시대는 이러한 자연과학의 법칙들이 더 중요하다. 그동안 연구되어진 여러 분야의 자연과학 법칙들이 서로 융합되면서 진화하여 미래 사회의 변화를 주도하게 될 것이기 때문이다.

이 책에서는 이러한 자연과학의 법칙들 중에서 인류사에 중요한 물리화학법칙들을 가벼운 마음으로 쉽게 접할 수 있도록 했다. 물론 꼭 필요한 내용은 짚고 넘어갈 수 있도록 개념을 설명했으며 우리 삶에서 이러한 법칙들이 어떻게 이용되고 있는지도 알아보았다.

과학자들의 삶과 업적에 대한 이야기와 법칙을 이해할 수 있도록 실험을 통한 원리와 개념에 대해 설명했다. 실생활에서 이러한 법칙들이 어떻게 사용되었는지 확인하면서 여러분은 주변에 있는 여러 가지 사물에 대한 시선이 달라질 수도 있다. ‘여기에 이 법칙이 쓰였구나’를 인식하게 되면 과학이 좀 더 흥미로워질 것이다.

4차 산업혁명시대를 살아가기 위해 우리에겐 창조적인 사고방식과 핵심기술에 대한 이해가 필요하다. 지식보다 중요한 것은 상상력이라고 한 아인슈타인의 말처럼 여러분들도 이 책에 나오는 많은 물리화학법칙들을 통해 지식을 쌓고 그걸 토대로 창조적이고 다양한 상상을 해볼 수 있기를 바란다.