과학자의 발상법

서문

1부 워밍업-정량적 발상
1장 수학이 어려운 진짜 이유
2장 숫자놀이의 미학
3장 지구와 태양의 질량을 재는 법
4장 치킨집 개수 세기
5장 대체 외계인은 어디 있는 거야?
6장 복리, 감염병, 핵무기가 무서운 진짜 이유
7장 바닷물을 퍼내면 몇 잔이나 나올까?
8장 코로나 진단키트와 양성 예측도
9장 심슨은 왜 무죄판결을 받았을까?
10장 숫자로 유무죄를 가릴 수 있을까?
11장 수능 점수와 정규분포
12장 4할 타자가 사라진 이유
13장 5시그마의 비밀

2부 보수적 발상
1장 기존의 이론을 지키기
천왕성의 변칙궤도 ｜ 방사성 붕괴의 비밀 ｜ 은하회전곡선
2장 패러다임을 끝까지 밀고 나가기
일반상대성이론 ｜ 중력파 ｜ 힉스입자
3장 모든 위기가 해결되는 것은 아니다
켈빈 경과 고전물리학의 난제 ｜ 수성의 근일점 이동 ｜ 20세기 과학의 미해결 난제 ｜ 암흑물질과 암흑에너지
4장 포용하고 확장하기
만유인력의 법칙과 일반상대성이론의 관계 ｜ 양자역학과 고전물리학

3부 실용적 발상
1장 담대한 가설을 세우기
흑체복사와 플랑크의 양자화 가설 ｜ 쿼크 모형 ｜ 보어 모형 ｜ 상대성이론
2장 특별한 경우를 확장시켜 일반화하기
특수상대성이론에서 일반상대성이론으로 ｜ 차원을 넘나드는 묘기, 재규격화와 끈이론
3장 과감하게 예측하기
멘델레예프의 주기율표와 갈륨 ｜ 팔중도와 에타, 오메가 입자의 발견 ｜ 에딩턴의 일식 탐사 ｜ 중성류, W입자와 Z입자
4장 빅사이언스, 혁명적으로 물량공세 하기
맨해튼 프로젝트 ｜ 대형화되는 망원경 ｜ 미시세계를 관측하는 초대형 현미경
5장 최고의 가성비, 우연히 발견하기
X선과 방사능 ｜ 데이비슨-저머 실험 ｜ 허블과 안드로메다 ｜ 우주배경복사 ｜ 고시바의 가미오칸데

4부 혁명적 발상
1장 생각의 방향을 전환하기
케플러의 타원 궤도 ｜ 특수상대성이론의 두 가정 ｜ 리제 마이트너와 핵분열 ｜ 쿠퍼쌍과 초전도성
2장 역발상, 뒤집어 생각하기
패러데이의 모터와 발전기 ｜ 드브로이 물질파 ｜ 끈풍경과 다중우주
3장 직관과 어긋나도록 생각의 회로를 틀기
현대 물리학이 어려운 이유 ｜ 우주의 언어로 기술한 상대성이론 ｜ 미시세계의 새로운 규칙, 양자역학 ｜ 얽힘, 가장 놀랍고도 신묘한 ｜ 벨 부등식과 실험적 검증
4장 사고실험, 전제를 극단까지 밀어붙여 상상해보기
갈릴레이가 아리스토텔레스를 무너뜨린 방법 ｜ 뉴턴의 만유인력 ｜ 맥스웰의 도깨비 ｜ 아인슈타인과 보어의 논쟁, 그리고 슈뢰딩거 고양이 ｜ 블랙홀 전쟁
5장 전혀 다른 것들을 연결하기
말다세나 추론 ｜ ER=EPR

5부 실패할 결심
1장 시행착오는 불가피하다
아인슈타인의 시행착오 ｜ 암모니아 촉매
2장 실패를 어떻게 볼 것인가
갈릴레이의 실패 ｜ 아인슈타인의 영원불멸 우주론 ｜ 정상상태우주론
3장 발견에 실패했을 때
명왕성의 발견 ｜ 암흑물질의 미스터리
4장 발견이 오류로 밝혀졌을 때
아우소늄과 헤스페륨 ｜ 초광속 중성미자 ｜ LK-99, 초전도체?
5장 기대가 어긋날 때
유전자와 염색체 ｜ 화장지에 튕겨 나간 포탄 ｜ 가속팽창

6부 미학적 발상
1장 오컴의 면도날, 단순한 방향으로 생각하기
오컴의 면도날 ｜ 태양중심설의 단순함 ｜ 표준모형을 넘어설 수 있을까
2장 여러 경우를 하나로 통합하기
뉴턴과 맥스웰의 경우 ｜ 통합에 대한 열망
3장 대칭성, 변하지 않는 성질에 주목하기
대칭성 ｜ 물리학자들이 보존량을 좋아하는 이유 ｜ 게이지 대칭성
4장 필연성, 반드시 그러해야만 하는 이유를 찾기
일반상대성이론의 필연성 ｜ 표준모형의 필연성
5장 자연스러운 쪽으로 생각하기
힉스입자의 미세조정 ｜ 우주상수 문제 ｜ 인류원리

후기
주
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과학은 왜 가장 믿을 만한 지식체계가 되었을까? 과학이 다른 학문과 구분되는 이유는 무엇일까? 과학을 과학답게 하는 요소는 무엇일까? 과학은 왜 그렇게 성공적인 학문으로 아직까지 명성을 떨치고 있을까? 이런 질문들에 한두 마디로 간단하게 답을 하기란 쉽지 않다._〈서문〉에서

온 국민이 즐겨 찾는 치킨집은 과연 몇 개나 있을까? 대한민국의 가구 수는 대략 2000만이다(이 정도는 상식적으로 알고 있다고 하자). 한 가구당 얼마나 자주 치킨을 주문할까? 하루 한 번은 너무 잦다. 한 달에 한 번은 너무 적다. 그렇다면 대략 일주일에 한 번이 적당해 보인다. 즉 대한민국은 일주일에 2000만 마리의 치킨이 필요하다. 이제 이 수요를 충족하기 위한 치킨집의 수를 추론해보자. 한 치킨집에서 하루에 몇 마리나 튀길 수 있을까? 가게마다 차이가 있겠지만 우리에게 중요한 것은 차수추정이다. 하루 열 마리는 (평균적으로 생각했을 때) 너무 적다. 그렇다고 하루 1000마리는 어려울 것이다. 그렇다면 하루 100마리 정도가 적당한 평균값이라고 추정할 수 있다. 이 치킨집이 일주일에 6일 영업한다고 하면 한 가게당 일주일에 600마리의 치킨을 공급할 수 있다. 전체 수요는 2000만 마리다. 따라서 전국의 치킨집 수는 (2000만/600)=약 3만 3000개라고 추정할 수 있다._〈1부. 워밍업―정량적 발상〉에서

케플러의 법칙, 또는 만유인력의 법칙에 명백하게 어긋나는 이 결과를 어떻게 해석할 것인가? 앞선 사례들에 익숙한 독자라면 과학자들이 귀납주의의 원칙에 따라, 또는 포퍼의 반증주의에 따라 뉴턴역학을 즉시 폐기하는 일 따위는 하지 않았으리라고 짐작할 것이다. 은하회전곡선에서도 당연히 과학자들은 선배들이 갔던 길을 선택했다. 즉 새로운 요소를 도입해 뉴턴역학의 패러다임 속에서 은하회전곡선을 설명하려고 했던 것이다. 그 새로운 요소가 바로 암흑물질이다._〈2부. 보수적 발상〉에서