네모 속의 물리학

들어가며

1장. 역학과 운동
1.1 속력, 속도, 가속도 1.2 관성, 질량, 무게 1.3 운동량과 충돌 1.4 뉴턴의 운동법칙 1.5 궤도와 각운동량
1.6 일, 에너지, 힘 1.7 간단한 기계들 1.8 변형, 변형률, 응력 1.9 기체의 법칙 1.10 유체

2장. 파동
2.1 파동의 성질 2.2 화음과 공명 2.3 굴절과 반사 2.4 회절과 간섭 2.5 편광 2.6 광학기기 2.7 간섭법
2.8 음파와 음향 2.9 도플러 효과 2.10 변조

3장. 열역학
3.1 열전달 3.2 열용량 3.3 잠열 3.4 온도 측정 3.5 절대영도 3.6 열기관과 열펌프 3.7 엔트로피와 엔탈피
3.8 열역학의 법칙 3.9 맥스웰의 도깨비 3.10 열역학적 죽음과 ‘시간의 화살’

4장. 전자파 방사선
4.1 빛의 본질 4.2 가시광선 4.3 적외선 4.4 마이크로파와 전파 4.5 자외선 4.6 X선과 감마선
4.7 레이저와 홀로그래피 4.8 흑체와 열복사 4.9 산란효과 4.10 체렌코프 복사

5장. 물질의 구조
5.1 물질의 상태 5.2 화학 원소 5.3 전자, 양성자와 중성자 5.4 원자 구조 5.5 이온화 5.6 발광 및 흡수 스펙트럼
5.7 화학적 결합 5.8 화학반응 5.9 반데르발스 힘과 또 다른 힘들 5.10 질량분석

6장. 전기와 자기
6.1 정전기와 전류 6.2 전압, 전지, 회로 6.3 자기 작용(인력) 6.4 힘, 자기장, 유도 6.5 모터와 발전기
6.6 전자석과 변압기 6.7 교류 6.8 광전자증배관과 음극선관 6.9 반도체 6.10 디지털 전자제품

7장. 핵물리학
7.1 방사능 7.2 핵분열과 핵융합 7.3 원자핵 결합에너지 7.4 붕괴 계열 7.5 핵분열에너지 7.6 가이거 계수기
7.7 핵융합에너지 7.8 방사능 연대측정 7.9 반물질 7.10 중성미자

8장. 양자현실
8.1 파동-입자 이중성 8.2 슈뢰딩거의 파동방정식 8.3 불확정성과 측정 8.4 코펜하겐 해석 8.5 슈뢰딩거의 고양이
8.6 또 다른 양자 해석들 8.7 양자수 8.8 회전 8.9 양자얽힘과 순간이동 8.10 양자물질

9장. 입자물리학
9.1 쿼크와 렙톤 9.2 기본 힘 9.3 입자가속기 9.4 전자기력 9.5 강한 핵력 9.6 약한 핵력 9.7 대통일이론
9.8 대칭 9.9 끈이론과 더 높은 차원들 9.10 힉스보손

10장. 상대성이론
10.1 뉴턴의 실패 10.2 특수상대성이론 10.3 시간지연 10.4 길이수축 10.5 E = mc 2 10.6 시공간
10.7 일반상대성이론 10.8 중력렌즈효과 10.9 특이성과 블랙홀 10.10 타임머신

용어 설명
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두 개의 물질이 서로 닿았을 때 어느 것이 더 뜨거운지 그리고 어떤 방향으로 에너지가 흐를지 어떻게 알 수 있을까? 이것이 온도라는 개념이 개입되는 지점이다. 왜냐하면 온도는 어떤 물질을 구성하는 원자와 분자들의 평균운동에너지를 측정하기 때문이다.
‘온도’가 유용한 것이 되려면 고정점들에 의해 정의된 어떤 종류의 척도 같은 여타의 것과 비교될 필요가 있다. 통상적으로 이 고정점들은 물의 끓는점과 어는점이다. 고정점들은 특정한 값으로 주어지며 그 척도는 도(度, degree)라 불리는 눈금들로 나뉜다. 친숙한 온도눈금(temperature scales)에는 화씨(Fahrenheit)가 있는데, 화씨에서 물의 어는점이 32°F이고 끓는점은 212°F이다. 그 둘 사이의 차이인 180도가 어색한 수로 여겨지면서 고정점들 간의 차이가 100도인
섭씨(Celsius)가 도입되었다.
_ [3.4 온도 측정]에서

유한한 온도를 가진 모든 물체는 항상 전자파 방사선을 방출한다. 방사선은 파장이 발산되고 그 세기는 물체의 표면온도에 달려 있다. (...)
19세기 중반, 물리학자들은 흑체(black body)라는 개념을 고안해 뜨거운 물체로부터 나오는 방사선의 확산을 예측하는 도구로 활용했다. 그것은 완전하고 빛을 모두 흡수하며 표면의 반사가 없는 이론상 이상적인 물체였다. 과학자들은 표면온도와 방출되는 파장 사이의 관계를 나타내기 위해 ‘흑체’를 이용했다. 간단해 보이는 이 개념 모델은 별부터 백열등의 필라멘트까지 다양한 물체의 행태에 놀랍도록 정확히 부합한다. 표면온도와 파장 사이의 관계는 별들의 색깔로 그들의 표면온도를 연구하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어 베텔게우스(Betelgeuse) 별은 붉은색으로 보이며 3,500K의 표면온도를 갖고 있다. 흰색으로 나타나는 리겔(Rigel) 별은 1만 1,000K의 표면온도를 갖고 있다.
_ [4.8 흑체와 열복사]에서

전류는 보통 어떤 값도 가질 수 있으며, 그 값들 사이에서 파상적(wave-like)으로 또는 아날로그 방식으로 연속적으로 변한다. 전류로 이산된 디지털 값을 만들어냄으로써 오늘날 같은 세상이 가능해졌다.
컴퓨터에서 정보는 신호의 유무에 따라 단순히 온/오프(on/off) 펄스들, 즉 1과 0으로 구성된다. 이 이진수 체계(binary system)가 데이터를 처리하는 강력한 방법을 제공한다. 예를 들어 두 개의 이진수, 즉 비트(bit)는 네 개의 상태를 나타낼 수 있으며(00, 01, 10, 11), 여덟 개의 비트[바이트(byte)]는 256개의 서로 다른 값을 나타낼 수 있고, 32비트는 42억 개 이상의 다른 값을 나타낼 수 있다.
이진수의 흐름은 단순한 수(數)부터 상세한 지시까지 무엇이든 나타낼 수 있다. 현명하게 설계하면 다양한 과제를 수행하고자 형태를 변환시키는 논리 게이트 시스템을 만들 수 있다. (...)
_ [6.10 디지털 전자제품]에서