10대에게 권하는 물리학

프롤로그

CHAPTER 01 물리학이란 무엇인가요
물리학은 보편적인 원리를 탐구해요
물리학을 공부하면 무슨 일을 할 수 있나요
물리학을 공부하려면 꼭 수학을 잘해야 하나요
물리학과에서는 무엇을 공부하나요
생각 더하기_물리학자가 물리학이 아닌 분야에서 노벨상을 받기도 하나요?

CHAPTER 02 물리학은 어떻게 시작되었나요
자연철학자: 옛사람들은 세상을 어떻게 보았을까요?
과학혁명: 물리학은 어떻게 본격적인 학문이 되었을까요?
전기와 자기: 자석과 번개가 지닌 힘을 어떻게 연구했을까요?
생각 더하기_왕과 같은 장례식을 치른 과학자가 있다고요?

CHAPTER 03 현대물리학은 어떻게 발전했나요
상대성 이론: 아인슈타인은 무엇을 설명하려 했던 걸까요?
원자: 물질은 무엇으로 이루어져 있을까요?
양자역학: 원자를 어떻게 설명할까요?
입자물리학: 물질은 궁극적으로 무엇일까요?
일반 상대성 이론: 우주를 어떻게 이해해야 할까요?
생각 더하기_슈뢰딩거의 고양이가 도대체 무엇인가요?

CHAPTER 04 물리학은 우리 생활에 어떻게 이용되나요
물리학으로 우리가 사는 지구를 이해할 수 있어
우리는 빛을 통해 세상을 볼 수 있어요
에너지는 물리학에서 가장 중요하고 기초적인 개념이에요
물리학이 아니었다면 컴퓨터도 만들어지지 못했을 거예요
생각 더하기_노벨 물리학상을 두 번 받은 사람이 있다고요?

CHAPTER 05 물리학은 앞으로 어떻게 발전할까요
우주와 물질을 이해하기 위한 천체물리학과 우주론
물질의 근본적인 구조를 이해하기 위한 모든 것의 이론
양자역학을 이용해 정보를 처리하는 양자 정보학
새로운 기술을 만드는 응집물질물리학
생각 더하기_중성미자를 가지고 어떻게 실험하나요?

천문학은 단지 지성을 갈고 닦기 위해서 발달한 학문이 아닙니다. 사실 천문학은 실용적인 목적으로 발달했습니다. 달력을 만들어 농사에 이용하고, 어업이나 항해에 참고하기 위해서지요. 농사를 짓기 위해서는 계절을 느끼는 것을 넘어서 그 규칙을 제대로 알고 있어야 합니다. 그래야 언제 씨를 뿌리고 열매를 보관해야 하는지 알 수 있을 테니까요. 어부는 언제 밀물이 들어오고 썰물이 나가는지 알아야 하고요. 잘 알려져 있다시피 밀물과 썰물은 달의 움직임과 깊은 관련이 있습니다. 또한 지상에서와 달리 바다에 나가면 방향과 시간을 파악하기가 어렵습니다. 그래서 항해하는 사람들에게 별은 방향을 알려 주는 귀중한 지표였지요. 이런 이유로 천문학은 지금 우리가 과학이라고 부르는 분야 중에서 가장 먼저 발전했습니다. 그래서 동서양을 막론하고 고대 사회에는 국가의 중요한 위치에 천문학자가 있었습니다.

집에 있는 냉장고에 자석 한두 개쯤은 붙어 있을 것입니다. 장식용 자석도 있을 테고 중국집이나 피자집 배달 전화번호가 적힌 광고용 자석도 있겠지요. 이제 이 자석에 클립을 붙여 봅시다. 클립은 떨어지지 않고 자석에 붙어 있을 것입니다. 우리는 이 상황을 별로 이상하게 생각하지 않습니다. 자석에 클립이 붙는 건 당연한 일이니까요.
하지만 이 현상을 가만히 생각해 봅시다. 이 상황은 클립을 땅에 떨어지게 하는 중력보다 자석의 자기력이 더 강하다는 뜻입니다. 중력이 더 강하다면 클립은 땅에 떨어졌을 것입니다. 여기서 중력이란 지구의 중력이고, 자기력은 냉장고 자석의 힘입니다. 그러므로 이 거대한 지구 전체가 당기는 중력보다 피자집에서 나눠 준 작은 냉장고 자석의 자기력이 더 강한 것입니다. 즉, 본질적으로는 중력이 자기력에 비해 아주 작은 힘이라는 걸 알 수 있지요.