서적소개
빛 물리학
곽영직 저 / 동녘 / 2008.8.11
물리학을 단지 공식으로 설명하려는 책이 아니라 물리에 대한 이해가 읽는 사람에게 균형 있는 교양의 영역이 될 수 있도록 물리학에 얽힌 풍성한 이야기를 함께 읽을 수 있도록 구성된 『곽영직 교수의 물리 5부작』 시리즈 중 빛 물리학에 관한 책이다. 이 책에서는 빛을 어떻게 이해했는지 그리고 그 이해에 도달하기 위해 어떤 실험을 했는지 역사적으로 확인하고 있으며, 빛을 이용해 어떤 도구들을 만들어 사용하고 있는지를 설명하고 있다.
망원경과 현미경이 발명되어 사용되기 시작하면서 그동안 경험적으로 알고 있던 빛의 반사와 굴절에 대한 과학적인 연구와 분석이 시작된 이야기와 망원경을 발명한 리퍼세이, 그 망원경으로 하늘을 관찰한 갈릴레오, 광학을 완성한 뉴턴, 현미경을 이용해 코르크에서 세포막을 발견한 후크, 현미경으로 미생물을 관찰한 레벤후크까지 과학자들이 새로운 도구를 이용해 하늘·인간·생물·사물들에서 새로운 사실을 발견한 이야기들이 담겨 있다.
○ 목차
1. 반사와 굴절 그리고 광학기계
빛에 대한 고대의 관심 / 망원경과 현미경의 발견 / 반사법칙과 굴절법칙의 발견 / 거울과 렌즈가 만드는 상 / 안경
2. 빛의 입자설과 파동설의 논쟁
초기의 파동 이론 / 뉴턴의 색채이론과 미립자설 / 빛의 파동이론 / 빛의 전자기파 / 빛과 매질 / 광양자설 / 빛의 이중성
3. 빛의 속도는 얼마인가?
빛의 속도는 유한한가? / 뢰머의 공전 주기를 이용한 광속 측정 / 브래들리의 광행차를 이용한 광속 측정 / 피조의 톱니바퀴를 이용한 광속 측정 / 푸코의 회전하는 거울을 이용한 광속 측정 / 마이컬슨의 광속 측정 / 빛과 현대 물리학
이 책을 쓰는 데 참고한 책들
찾아보기
○ 저자소개 : 곽영직(郭泳稙)
서울대학교 자연과학대학에서 물리학을 공부한 후 미국 켄터키대 학교 대학원에서 박사 학위를 받았다. 수원대학교 물리학과 교수로 재직하면서 자연대학장, 대학원장 등을 역임했으며, 현재는 명예교수로 있다. 『양자역학으로 이해하는 원자의 세계』, 『세상을 바꾼 과학 이야기』, 『과학자의 철학노트』 등 많은 책을 썼고, 『우주의 기원 빅뱅』, 『힉스 입자 그리고 그 너머』, 『우주의 시작과 끝 : 아리스토텔레스에서 호킹까지』, 『BIG QUESTIONS 118 원소』 등을 번역했다.
중학교 『과학(금성출판사)』 교과서와 고등학교 『물리Ⅰ』(YBM) 교과서를 비롯해서 『전기와 자기』, 『힘, 운동량, 에너지의 삼각관계』, 『쿤 이 들려주는 과학 혁명의 구조 이야기』, 『왜 땅으로 떨어질까』 등 수많은 어린이·청소년 과학책의 필자이기도 하다.
○ 출판사 서평
– 알고는 있어야 하지만 너무나 어려웠던 물리의 세계, 부담 없는 다섯 권의 책이면 기본은 잡는다! 곽영직 교수의 물리 5부작
.세상은 어떻게 돌아가고 있는 거지?
‘위키백과’에서 ‘물리학’이라는 개념을 찾아보면 그에 대한 정의를 “자연에 대한 과학”라고 정리해 놓고 있다. “물리학의 영어에 해당하는 단어인 physics(그리고 인도 유럽어나 라틴 계통의 언어도 비슷한 철자를 가지고 있다)는 그리스어의 “자연적”이라는 뜻의 φυσικ?? (physikos)와 “자연”이라는 뜻의 φ?σι? (physis)에서 왔다. 한국어의 물리는 만물의 이치를 탐구한다는 뜻의 한자어이다.”
소름끼치도록 어려워하고 머리 아파하기만 했던 (혹은 하고 있는) 물리, 물리학은 실은 이렇듯 지금 우리 존재가 놓여있는 시?공간을 살펴보는, 세상이 어떻게 돌아가고 있는지에 대한 인간종의 끝없는 탐색의 결과다. ‘우리 몸은 둥근 지구에 어떻게 붙어있는 거지?’ ‘수많은 화가들이 집착했던 빛의 정체는 무엇일까?’ ‘물은 어떻게 얼음이 되는 걸까?’ ‘매일 쓰고 있는 전기는 눈으로 확인 할 수 있을까?’ ‘방사능 물질과 함께 있는 상자 속의 고양이의 목숨은 우리가 확인하기 전까지는 알 수 없는 것 아닐까?’
물리는 우리의 삶과 우리가 살고 있는 세계에 대한 기초적인 질문을 던지고 그에 대한 답을 찾아가뼉는 큰 학문이고, 우리의 세계를 설명하고자 하는 도전적인 지식 영역이기도 하다. 그렇기 때문에 어렵기도 하지만 문과생이건 이과생이건, 10대이건 성인이건 간에 같은 우주 질서 속에서 살고 있는 인간종이라면 물리에 대한 기본적인 이해는 필수적인 교양으로 강조되는 것일 게다.
『곽영직 교수의 물리 5부작』은 우리의 삶과 세계에 대한 물리학의 기초적인 질문들과 대답의 알맹이를 알 수 있는 책으로 기획되었다.
.주제별로 찾아 읽는 부담 없는 물리 책 어디 없나?
‘곽영직 교수의 물리 5부작’은 물리학에서 가장 기본이 되는 다섯 가지의 이론을 각각의 권으로 묶었다. 뉴턴 역학으로 불리는 고전 역학은 〈힘, 운동량, 에너지의 삼각관계」에, 상대성 이론을 포함하는 빛 물리학은 「빛 물리학」에, 많은 논쟁을 불러 일으켰던 열역학과 엔트로피의 문제 그리고 통계 물리학의 영역은 「열과 엔트로피」에, 전자기 영역은 「전기와 자기」에, 현대 물리학의 가장 기본적인 패러다임인 양자 역학의 문제는 「양자 역학의 세계」에 담았다.
한 권에 모두 담지 않고 따로 담은 것은 물리학의 기본 영역 중에서도 특히 관심이 가는 영역이나, 어려워서 잘 이해가 되지 않는 부분을 부담 없이 따로 볼 수 있도록 하기 위해서였다. 각 권의 분량 역시 100~200쪽 내외로 구성했고 판형 역시 부담 없는 판형을 택해 우리 세계를 설명할 수 있는 물리학이 던지는 기본적인 질문들의 핵심적인 답과 흐름을 어려움 없이 읽도록 구성했다.
‘곽영직 교수의 물리 5부작’은 이런 구성을 통해 물리에 대한 이해가 학업 과정에서 직접적으로 필요한 10대 뿐 아니라, 기본 교양으로 물리학을 이해하고자 했던 일반 독자들의 욕구 역시 충족시킬 수 있도록 했다.
.근대과학을 성립해 온 ‘거성’들의 이야기와 열정
어떤 지식 체계이던 간에 지식을 둘러싼 사람과 사회의 이야기는 -물리학처럼 딱딱해 뵈는 것일지라도- 그 지식이 ‘그렇게’ 밝혀지고 ‘그렇게’ 발전해 오는 데에 많은 영향을 준다. 최근 과학사와 과학철학에 많은 인문/자연과학자들이 관심을 갖는 이유도 여기에 있다.
‘곽영직 교수의 물리 5부작’은 단지 물리학의 공식만을 던져 놓고 설명하는 책들과는 전혀 다른 구성으로 정리되어 있다. 물론 물리학의 영역은 수학적인 공식과 따로 떨어져서는 설명하기 힘든 영역이지만, 단지 수학적 공식만으로 설명될 수 있는 영역은 아니다. 물리학 역시도 물리적 현상에 대해 관심을 갖고 삶을 바친 수많은 과학자들의 지적 열정과 호기심, 고안들이 서로 깨지고 보완하면서 이어져 온 지식의 영역이다. 『곽영직 교수의 물리 5부작』에는 물리학을 단지 공식으로 설명하려는 책이 아니라 물리에 대한 이해가 읽는 사람에게 균형 있는 교양의 영역이 될 수 있도록 물리학에 얽힌 풍성한 이야기를 함께 읽을 수 있도록 쓰였다.
“볼츠만은 원자나 분자들의 행동을 통계적으로 분석하여 열과 관계된 여러 가지 현상을 이해하는 데 크게 공헌한 과학자였다. 그리고 엔트로피를 새롭게 정의하여 통계물리학이라는 새로운 물리학의 기초를 닦은 사람이었다. 하지만 그는 원자의 존재를 부정하던 학자들에 의해 강한 반발을 받아야 했다. 실제로 측정할 수 없는 것의 존재를 인정하려 하지 않았던 과학자들 중에는 원자의 존재 자체를 부정하는 사람도 있었다. 당시 빈 대학은 그런 생각을 가지고 있던 학자들의 중심지였다. 따라서 원자의 존재를 바탕으로 여러 가지 열 현상을 설명하려던 볼츠만은 많은 어려움을 겪어야 했다. 이런 일로 정신적 어려움을 겪던 볼츠만은 1906년 자살하고 말았다.” (「열과 엔트로피」, pp.121-122)
“가난한 군인의 아들로 태어나 어렵게 자란 케플러는 뛰어난 수학적 재능을 갖고 있었다. 케플러가 위대한 관측 천문학자인 티코 브라헤를 만난 것은 그 자신은 물론 천문학 발전을 위해서도 커다란 행운이었다. … 브라헤가 죽자 그의 관측 자료는 케플러에게 넘어갔다. 뛰어난 분석 능력을 가지고 있던 케플러에게 이 자료들은 그야말로 귀중한 보물이었다. … 처음 행성 궤도를 알아낼 것이라고 큰소리를 쳤지만, 실제로 그 일을 해내는 데는 8년이라는 오랜 세월이 걸렸다. 케플러가 화성 궤도를 정하는 데 그렇게 오랜 시간을 보내야 했던 것은 좀처럼 깨뜨리기 힘든 벽을 허물어야 했기 때문이었다. 화성을 비롯한 모든 천체는 원운동을 해야 한다는 고정관념이 가장 큰 장애였다.“ (「힘, 운동량, 에너지의 삼각관계」, pp.30-32)
물론 물리에서 수학적 설명은 떼어 놓을 수 있는 것은 아니기 때문에 중요한 설명에 대해서는 따로 편집해 선택적으로 볼 수 있도록 편집했다. 하지만 기본적으로는 고전물리학이 현대물리학으로까지 발전해 오면서 빼놓지 않고 봐야할 가장 중요한 역할을 했던 과학자들의 이야기와 그 과학자들의 놀라운 발견과 실험, 공식들을 밝혔다. 이를 통해 물리학의 딱딱한 공식만을 던져놓은 것이 아니라 물리학의 각 영역에 얽힌 풍성하고 흥미로운 이야기를 읽으면서 물리학의 각 영역을 이해할 수 있도록 했다.
크리스천라이프 편집부