14살에 시작하는 처음 물리학

글쓴이의 말 : 물리학을 어떻게 시작해야 할까? 004
1장 세상의 중심은 어디일까? _ 지구 중심설 vs 태양 중심설 008
[물리학의 모퉁이] “그래도 지구는 돌고 있다” 032
2장 힘과 운동 사이에는 어떤 관계가 있을까? _ 아리스토텔레스 vs 뉴턴 034
[물리학의 모퉁이] 우주에도 끝이 있을까? 058
3장 빛은 알갱이일까, 파동일까? _ 입자설 vs 파동설 060
[물리학의 모퉁이] 우리가 다른 전자기파를 본다면 세상이 어떻게 보일까? 081
4장 전기와 자석은 어떤 관계일까? _ 길버트 vs 외르스테드 084
[물리학의 모퉁이] 에디슨과 테슬라의 전류 전쟁 107
5장 열은 물질일까, 에너지일까? _ 열소설 vs 에너지설 110
[물리학의 모퉁이] 인류의 오랜 꿈, 영구 기관 134
6장 물질을 이루는 가장 작은 알갱이가 있을까? _ 원소론 vs 원자론 136
[물리학의 모퉁이] “우리는 자연의 모든 작동에서 아무것도 창조하거나 파괴할 수 없다!” 158
7장 시간은 누구에게나 똑같이 흘러갈까? _ 뉴턴 역학 vs 상대성 이론 160
[물리학의 모퉁이] 중력파와 LIGO 184
8장 자연법칙을 확률로 해석할 수 있을까? _ 아인슈타인 vs 보어 186
[물리학의 모퉁이] 상보성 원리와 슈뢰딩거의 고양이 209
9장 우주는 어떻게 시작되었을까? _ 빅뱅 우주론 vs 정상 우주론 212
[물리학의 모퉁이] 또 다른 우주가 존재할까? 237
사진 및 도판 제공 240

“천체들이 타원 궤도를 도는 건 태양과 천체들 사이에 거리 제곱에 반비례하는 힘이 작용하기 때문입니다. 거리 제곱에 반비례하는 힘이 작용하면 타원 운동을 한다는 것을 쉽게 증명할 수 있습니다. 저는 이 문제에 대한 계산을 이미 오래전에 끝내 놓았습니다.” 자신들이 그렇게 고민하고 있던 문제에 대해 거침없이 대답해 버리는 뉴턴을 보고 핼리는 깜짝 놀랐다. 게다가 이미 계산까지 끝마쳤다니! 뉴턴의 계산을 보고 싶어 하는 핼리에게 뉴턴은 “궁금하다면 내가 계산한 결과를 정리해서 보내 드리지요.” 하고 약속했다.

그렇다고, 광전 효과를 설명하기 위해 여러 실험으로 증명된 파동설을 포기할 수도 없었다. 그러나 한 젊은 과학자는 다른 사람들이 하지 못한 과감한 가정을 했다. 그 과학자는 바로 스위스에 있는 취리히 연방 공과 대학에서 물리학을 공부하고 베른에 있는 특허 사무소에 근무하고 있던 26세의 아인슈타인이었다. 아인슈타인은 빛을 파동이 아닌 입자로 가정하자고 제안했다.

“이런, 깜짝 놀랄 일이 일어났군요. 도선에 열이 발생하는 것을 보기 위해 도선을 볼타 전지에 연결했는데 나침반이 돌아갔네요. 왜 그런지 알아보기 위해 다시 실험해 봐야겠어요. 학생들은 잠시 기다려 주세요.” 외르스테드는 볼타 전지의 방향을 바꾸어 전류가 반대 방향으로 흐르도록 해 보았다. 그러자 나침반의 바늘이 180° 회전했다. 이번에는 전류가 흐르는 도선을 이리저리 움직여 보았다. 그러자 나침반의 바늘도 따라 움직이며 항상 도선과 수직 방향을 가리켰다. 외르스테드는 자신이 중요한 사실을 발견했다는 것을 알아차렸다. 220년 전, 전기와 자석은 아무런 관계가 없다고 했던 길버트가 틀렸다는 것을 말이다.