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들어가는 글
감사의 글 옮긴이의 글 제1장 셈의 탄생 단위와 수 / 고대의 수 / 수 그리고 수 / 무리수의 탄생 / 규칙을 깨뜨리며 / 산수와 기하학 / 10에 기초한 측정 단위 제2장 큰 길이로 나아가기 고대의 길이 단위 / 표준의 확립 / 중세에서 르네상스까지 / 토머스 제퍼슨의 아이디어 / 자연에 기초한 표준 / 기계의 힘: 산업혁명의 등장 / 자연에 기초한 미터로의 회귀 제3장 분할의 단위 각도와 입체각 / 각도와 라디안 / 삼각형이 활약하는 곳 / 각도와 삼각함수 / 삼각함수표 / 삼각함수의 지수 / 공간 각도 / 역제곱 법칙 / 상식과 크기 대 부피 비율 / 표면적 대 부피 비율 제4장 '분명한' 시간의 단위 명백하고 평균적인 태양일 / 평균 태양일 / 원자에 기초한 현대의 시간 기준 제5장 무거운 물건들 질량과 힘에 대하여 / 기본적 단위들 / 질량과 힘 / 단위를 파생시키는 방법 제6장 질량 측정의 표준 질량 측정 / 달에서의 올림픽 / 중력의 척도 / 표준 중력 가속도 제7장 질량의 문제 뉴턴의 측정 / 실험실에서의 측정 / 관성의 힘 제8장 빛의 제국 광도와 명암도 / 수수께끼 같은 빛의 속성 / 창문 너머에는 얼마나 많은 빛이 있을까 / 또다시 역제곱 법칙 / 광도 측정법: 빛을 측정하는 과학 / 칸델라: 광도의 새로운 단위 / 빛과 에너지를 오가는 다리 / 인간의 다양한 시야 / 에너지에 기초한 광도의 단위 / 우리가 보는 것과는 다르다 / 그리고 우리가 듣는 것과도 다르다 / 하지만 우리가 느끼는 것과 제법 비슷하다 제9장 뜨거운 감자 온도, 압력, 그리고 열역학 / 수은 온도계 / 섭씨온도 / 절대 온도 / 저온학 / 온도 눈금의 환산 / 압력의 단위 / 미국인을 위한 등식 / 절대 압력과 상대 압력 / 편의성의 문제 / 수은 기압계 / 진공 상태로 빨아들이기 / 그다지 이상적이지 않은 기체 / 기체 방정식의 적용 / 미쳐버린 온도계 / 기체 방정식의 두 얼굴 / 단위가 반드시 필요한 곳 / 미터법의 이방인 제10장 잃어버린 고리 에너지 / 미터법으로 표시된 전기 요금 청구서 / 암페어: 전기의 기본 단위 / 전하 / 변환 연습 / 전기 에너지와 전위 / 저항과 전류 / 저항과 전력 / 송전선의 저항 / 전력의 원천들 / 공급 / 해외의 전력 / √3 : 1 보너스 비율 / 교류 주기 장벽 / 효율성의 손실 제11장 복합 단위 또다시 규칙 깨뜨리기 / 결국은 표준대로 / 유용한 도구들 / 개념적 수식들 제12장 외계인과 허무주의자들의 침공 단위로부터 자유로운 하늘 / 천문학자들의 성서 / 수학에는 단위가 없다... / 만약 단위가 없다면 / 허무주의자들과 괴짜들 / 맞춤 단위 / 측정이 만들어낸 단위 / 상대적 숫자로 계산하기: 인공위성 / '단위를 고르는' 대안 / 표준 단위 없이도 잘할 수 있을까 제13장 다른 별에 댐 짓기 외계의 문명이 도움을 요청하다 / 댐을 건설하는 법 / 에너지 균형 / 수력 공학 / 물받이 바퀴 / 연속성 등식 / 물받이 / 물받이 바퀴의 용적 / 댐의 용적 / 은하계 사이의 간격을 이으며 / 외계 수력발전소의 전력량 / 터빈의 용적 / 그리고 파이프? / 해냈다! 제14장 단위, 물리학, 그리고 수학 물리학의 법칙과 수학 / 단순성의 대가 / 얼마나 버틸 수 있는가 / 포괄적 전망: 환상 혹은 실재 부록 단위 환산표 더 읽을거리 참고문헌 |
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어린아이는 셈하는 법을 배우는, 인생의 위대한 순간을 맞이한다. 그리고 얼마 지나지 않아 아이는 모든 것을 세려고 한다. 즐거운 마음으로 장난감이며 과일, 그리고 파티에 참석한 사람들을 세는 것이다. 이는 중요하지 않을 수도 있다. 어찌 되었건 사람들은 결국 셈을 배우지 않는가. 그러나 여기서 결정적인 지적 발전이 일어나게 된다. 어린아이는 여러 가지 대상들을 완전히 동일한 것으로 개념화할 수 있다. 붉고 네모난 블록과 푸른색의 원형 블록은 둘 다 블록이기 때문에 같이 셈할 수 있다. ‘간단히 말해서, 셈을 하는 능력은 추상화라는 지적 능력을 함축한다.’(p.21)
어떤 동네가 얼마나 멀리 떨어져 있느냐고 물으면, 아마도 “30분 거리”라고 대답할 것이다. 당신은 거리를 물었는데 대답은 시간으로 나왔다. 대답한 사람은 자동차의 속도를 대략적으로 알고 있다. 마찬가지로 물리학자들은 진공 상태에서 빛의 속도가 우주 어디에서나 일정하다는 것을 알고 있다. ……즉, 길이에는 시간이 수반된다. 그러면 미터는 계속 순환된다. 자연에 기초한 단위로부터 인간이 만든 막대기로, 그리고 다시 자연에 기초한 단위로 돌아가야 하는 것이다.(p.66) 1872년 보스턴의 세인트 제임스 파크에서는 당시에 “세계에서 가장 큰 홀에서 가장 큰 오케스트라 및 합창단이 펼치는 사상 최대 규모의 콘서트”가 열렸다. ……그런데 왜 이렇게 거대한 규모의 악기들이 만들어내는 소리가 청중들의 고막을 찢을 정도로 크지 못했을까? 어머어마한 오케스트라의 소리가 들을 만했던 이유는 자극과 지각의 신경생리학적 법칙이 빛의 영역에서와 비슷하게 적용되었기 때문이다. 여기서 음향학적으로 잘 알려진 소리의 단위인 벨이 등장한다. 벨(1벨은 10데시벨 또는 dB) 단위로 표현한다면, 두 개의 음원으로부터 나오는 소리 강도의 정도인 I1과 I2 사이의 비율은 log(I2/I1)이 된다. 들을 수 있는 한계, 즉 낙엽이 땅바닥에 있는 또 다른 마른 낙엽 위로 떨어지는 소리가 0벨의 음향에 해당한다. 산들바람에 흔들리는 나뭇잎 소리가 20데시벨(2벨), 연설장에서의 목소리는 60데시벨, 천둥이나 제트 엔진이 내는 소리는 120데시벨 혹은 그 이상의 소리를 가진다. ……만약 100여 명의 오케스트라 단원 한 사람이 내는 악기의 소리 강도를 IR이라고 놓는다면, 100명이 내는 소리의 강도는 100×IR이 될 것이다. 그러면 그 비율은 ΔL=log(100IR/IR)=log100=2밖에 되지 않는다. 따라서 보스턴 시민들은 100여 명의 거대한 오케스트라가 연주하는 아름다운 〈아름답고 푸른 도나우〉가 단지 2벨(20데시벨) 정도로 들렸을 것이다. 이 수치는 한 밴드가 연주하는 소리보다 약간 큰 정도다. 이와 마찬가지로 열 명의 록 싱어가 부르는 노래는 한 명의 싱어가 부르는 것보다 1벨 정도 클 뿐이다. 자연이 청중들의 고막이 찢어지지 않게끔 이러한 안전망을 제공해 주지 않았더라면 헤비메탈 밴드들은 결코 존재할 수 없었을 것이다.(pp.157-158) 자연 법칙은 양, 무게, 시간을 간단히 비교하는 것으로 기술할 수 있지만, 그 수수께끼는 지극히 난해할 수도 있다. 만약 당신이 지구 반지름과 관계있는 무언가를 측정하고, 당신의 동료는 지구와 달 사이의 거리와 관계가 있는 무언가를 측정한다고 가정한다면, 두 사람 모두 결과물들을 비교하기 위해 해야 할 일들이 많다. 지식은 있을지 모르나, 직접 그것을 분류할 때의 복잡성은 데이터의 양에 따라 기하급수적으로 증가할 수도 있다. 그래서 자연적 현상들을 서로 직접 비교하지 않고, 크기와 무게에 부합하도록 통일시킨 다음에 비교하는 것이다.(p.273) p.21 |
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“이 책에서, 천 조각의 길이에서부터 촛불의 밝기와 록 콘서트장의 소음도에 이르기까지 모든 것을 측정하기 위해 인류가 발명해 온 방식들을 살펴보고자 한다. 다양한 계량 체계들은 과학의 발달을 돕기도 했고 방해하기도 했다. 상인이나 과학자를 위한 계량 표준은 공정한 거래를 돕고 과학적 실험의 비교를 가능케 하며 기술 발전을 촉진시킨다. 그러나 그 체계가 보편적이지 않다면 오히려 생산을 저해한다. 예를 들어 화성에 쏘아올린 미국항공우주국(NASA)의 탐사선이 실패한 것은 미터법과 영국식 단위를 함께 사용했던 설계도 때문이었다.
다양한 계량 체계가 진화해 온 방식을 보여주는 동시에 신화와 역사에서 다양한 이야기들을 골라 넣었다. 또 제퍼슨의 진자나 수지점 광도계와 같이 거의 알려지지 않은 흥미로운 장치들의 이면에 놓인 물리학을 설명하였다. 또한 다른 행성에 수력 발전 댐(그 행성엔 물이 없을 수도 있기 때문에 ‘수력’이라는 말에 어폐가 있을 수도 있지만)을 건설하는 법도 포함시켰다. 이러한 이야기들을 곁들인 이유는 BBC의 표어처럼 ‘알려주고, 교육하고, 재미있게 해주고’ 싶어서다. 독자들이 이 책을 다 읽었을 때 재미있었다고만 할 것이 아니라 우리가 살고 있는 이 우주에 대해 새로운 것을 배우고 이 세계를 기술하기 위해 과학자들이 사용하는 단위들에 대해서 더 많이 이해하게 되었기를 희망한다.” ―〈들어가는 글〉 중에서 이 책은 그리스의 스타디움 단위, 뼘, 그리고 천체 간의 거리를 나타내는 파섹과 같은 단위가 처음 나타나게 된 이유와 경위를 보여준다. 그리고 거리, 부피, 질량, 에너지, 시간을 계산하기 위한 문명의 다양한 노력들을 추적하면서, 측정 단위들이 기계공학, 물리학, 광학, 천문학 등의 영역에 어떻게 적용되는가를 설명한다. 노아가 방주를 만들기 위해 사용했던 단위에서부터 분광학의 옹스트롬 단위에 이르기까지, 계량 단위는 과학과 기술에 꾸준히 축적되어 왔다. 역사를 통해 수많은 측정 체계가 발명되어 왔고 이것들은 더 정확하고 논리적인 체계가 등장하면서 사라져갔다. 토머스 멘덴홀Thomas Corwin Mendenhall이 1893년 미터법을 미국의 “길이와 무게의 근본적인 표준”으로 선언하면서 미국은 공식적으로 미터법 사용 국가가 되었지만, 대부분의 국가들과는 달리 미국은 영국식 계량법―소다수 병은 흥미롭게도 예외지만―을 고집하고 있다. 10진법에 기초한 미터법의 편리함과 미터법으로 전환하지 않는 데 따르는 불편함에도 불구하고 여전히 인치, 쿼트, 온스 등의 단위를 고수하고 있는 것이다. 분명히 측정에는 논리 이상의 그 무엇이 있는 것이다. |