@이종필: #아인슈타인 #물리학 #대중과학

샐러리맨, 아인슈타인 되기 프로젝트

(이종필 2022)

소개

과학 덕후들이 인정한 전설의 명강의

“그해 우리는 아인슈타인이 되고 싶었다!”

일반인을 위한 일반상대성이론 강의 눈물과 환희가 교차하는 무모한 도전의 기록

대학생부터 회사원까지, 20 대부터 60 대까지 수학도 물리학도 모르는 일반인들, 아인슈타인의 중력장 방정식 풀기에 도전하다! 한 달에 한 번, 단 열두 번만의 강의로 이들은 과연 ‘세상에서 가장 아름다운 방정식’의 아름다움을 수식으로 직접 만끽할 수 있을까? 아인슈타인도 상상하지 못했을 기막힌 실화. 일반인 과학 덕후들과 이종필 박사가 함께한 아주 특별한 상대성이론 강의.

“샐러리맨들의 아인슈타인 되기 여정을 따라가다 보면, 물리학자 이종필을 애정하고 존경하지 않을 수 없다. 자신의 지식, 자신이 공부한 학문의 지적 경이로움을 타인과 나누는 데 모든 에너지를 쏟아부은 한 물리학자의 눈물겨운 지적 탐험에 존경의 박수를 보낸다. 과학자가 일반인들과 함께 무엇을 할 수 있는지, 어디까지 할 수 있는지, 그는 최고의 모범을 보여준다.”

만남

“미적분을 알면 세상이 달라 보입니다”

결심

상대성이론의 의미

모두를 위한 ‘수학아카데미’

샐러리맨, 아인슈타인 되기 프로젝트

세밑의 기적

첫 강의

고등학교 수학의 기본

인수분해부터 로그까지

함수의 극한

미적분

삼각함수와 지수·로그함수

벡터

무한급수와 행렬

편미분에서 측량텐서까지

한 학기의 마무리

고전역학

뉴턴의 운동법칙

회전운동 과 만유인력 의 법칙

대망의 일반 상대성이론

슈바르츠실트 풀이

제안

마지막 강의

샐러리맨은 아인슈타인이 되었을까?

보강. 중력파 검출 이후

latex math symbol

[2023-12-04 Mon 13:55]

If $a^2=b$ and $b=2$, then the solution must be either $a=+\sqrt{2}$ or $a=-\sqrt{2}$.

강의 영상

상대성이론 으로의 초대 1

특수 상대성이론 1

일반 상대성이론 1

수식과 함수 1

삼각함수 1

지수-로그;함수의 극한 1

미분 1

적분 1

벡터와 미분연산자 1

스토크스-발산정리 1

벡터와 텐서 1

중력장 방정식 1

방정식의 성질 1

일반상대성이론의 검증 1

우주론 1

강의 흐름도 요약

[2024-01-07 Sun 16:49] 연습 정리

• 집합
• 유리수와 무리수
  • 유리수: 자연수, 정수 분수 꼴의 숫자
  • 무리수: 분수로 표현할 수 없는 숫자

2024 과학자 의 발상법 - 문제 를 해결하고 새로운 지식 을 탄생시키 는 여섯 가지 전략

(이종필 2024a)

• 인공지능 시대, 어떻게 사고할 것인가?과학 의 언어인 수를 통해 생각하고 상상 하는

법부터이론 의 한계 를 발상 의 전환 으로 돌파한 과학사 속 사례까지,막다른 곳 에서 혁신 의 길을 연 과학자 의 생각법

• 교양과학서 와 일간지 칼럼 등을 통해 오랜 시간 대중 과 소통해온 물리학자 …

책소개

인공지능 시대, 어떻게 사고할 것인가? 과학 의 언어인 수를 통해 생각하고 상상 하는 법부터 이론 의 한계 를 발상 의 전환 으로 돌파한 과학사 속 사례까지, 막다른 곳 에서 혁신 의 길을 연 과학자 의 생각법

교양과학서 와 일간지 칼럼 등을 통해 오랜 시간 대중 과 소통해온 물리학자 이종필 교수 의 신작. 저자 는 지난 20여 년간 물리학 을 연구하고 교육하면서 과학 의 역사 속 위대한 발견 을 이끈 과학자 의 생각법에 각별한 관심 을 갖고 탐구해왔고, 이를 마침내 6가지 발상법 으로 정리해냈다. 정량적 발상부터 보수적 혁명적 발상, 실용적 미학적 발상까지, 과학자 들의 생각법 이 어떻게 지식 의 도약 과 패러다임 전환 을 끌어왔는지 를 차근차근 살펴본다. 독자들 은 과학사 속 지식 의 생산 과정 을 두루 살펴볼 수 있을 뿐 아니라, 과학자 의 생각법에 초점 을 맞추어 새로운 관점 으로 과학사 와 그 지식 을 정리해볼 수 있다. 과학자 의 사고 전략 이 궁금한 이들 과 과학자 를 꿈꾸 는 이들에게 이 책은 최고 의 선물 이 될 것이다.

책 속 으로

과학 은 왜 가장 믿을 만한 지식체계 가 되었을까? 과학 이 다른 학문 과 구분되 는 이유 는 무엇일까? 과학 을 과학답게 하는 요소 는 무엇일까? 과학 은 왜 그렇게 성공적인 학문 으로 아직까지 명성 을 떨치고 있을까? 이런 질문들에 한두 마디로 간단하게 답을 하기란 쉽지 않다. --- 「서문」 중 에서

온 국민 이 즐겨 찾는 치킨집 은 과연 몇 개나 있을까? 대한민국 의 가구 수는 대략 2000만이다(이 정도 는 상식적 으로 알고 있다고 하자). 한 가구당 얼마나 자주 치킨 을 주문할까? 하루 한 번은 너무 잦다. 한 달에 한 번은 너무 적다. 그렇다면 대략 일주일에 한 번이 적당해 보인다. 즉 대한민국 은 일주일에 2000만 마리 의 치킨 이 필요하다. 이제 이 수요 를 충족하기 위한 치킨집 의 수를 추론해보자. 한 치킨집 에서 하루에 몇 마리나 튀길 수 있을까? 가게마다 차이 가 있겠지만 우리에게 중요한 것은 차수추정이다. 하루 열 마리 는 (평균적 으로 생각 했을 때) 너무 적다. 그렇다고 하루 1000마리 는 어려울 것이다. 그렇다면 하루 100마리 정도 가 적당한 평균값이라고 추정할 수 있다. 이 치킨집 이 일주일에 6일 영업한다고 하면 한 가게당 일주일에 600마리 의 치킨 을 공급할 수 있다. 전체 수요 는 2000만 마리다. 따라서 전국 의 치킨집 수는 (2000만/600)= 약 3만 3000개라고 추정할 수 있다. --- 「1부. 워밍업―정량적 발상」 중 에서

케플러 의 법칙, 또는 만유인력 의 법칙에 명백하게 어긋나 는 이 결과 를 어떻게 해석할 것인가? 앞선 사례들에 익숙한 독자라면 과학자 들이 귀납주의 의 원칙에 따라, 또는 포퍼 의 반증주의에 따라 뉴턴역학 을 즉시 폐기 하는 일 따위 는 하지 않았으리라고 짐작할 것이다. 은하회전곡선에서도 당연히 과학자들 은 선배 들이 갔던 길을 선택했다. 즉 새로운 요소 를 도입해 뉴턴역학 의 패러다임 속 에서 은하회전곡선 을 설명하려고 했던 것이다. 그 새로운 요소 가 바로 암흑물질이다. --- 「2부. 보수적 발상」 중 에서

그러니까 수성 의 근일점 이동 은 천왕성 의 변칙적인 궤도 와 달리 뉴턴역학 의 허점 을 드러내며 일반상대성이론 의 손을 들어준 셈이다. … 일반상대성이론 은 말하자면 엄마 뱃속 에서 막 태어나기 직전에 이미 일차 검증 을 통과한 것이다. 만유인력 의 법칙 에는 안된 일이었지만, 과학계 전체로 보자면 수성 의 근일점 이동 은 역시나 위기 를 기회로 바꾸 는 역할 을 톡톡히 한 셈이다._160~161쪽, <2부. 보수적 발상」 중 에서

[물리학에서 는 대체로] 특수한 경우 가 오히려 더 다루기 쉽고, 일반적인 경우 가 대체로 더 어렵다. 왜냐하면 특수한 경우란 몇 가지 제한적인 조건 이 붙는 것인데, 그러면 다른 자유도 를 억제할 수 있어서 물리적 으로 단순해지 는 경향 이 있기 때문이다. 그래서 물리학자들 은 일부러 문제 를 더 쉽게 해결할 수 있는 특수한 상황부터 시작 하는 경우 가 많다. 보통 은 모종 의 대칭성 을 도입해 문제 를 단순화한다. 일반적인 경우 는 이와 반대다. 허용되 는 자유도 가 너무 많아 이를 깔끔하게 다루기 가 어렵다. --- 「3부. 실용적 발상」 중 에서

그러니까 아인슈타인 은 시간 과 공간이라 는 개념 이 우리 우주 본연 의 언어 가 아니라 인간 의 번역어일 뿐임 을 밝히고 새로운 우주 본연 의 언어 를 발견해 그 언어로 우주 를 다시 기술한 셈이다. 우주 본연 의 언어란 바로 광속이었다. 아인슈타인 은 광속 이 매우 특별해서 갈릴레이식 의 속도 덧셈법 이 적용되지 않음 을 간파했다. 그래서 광속 은 어떤 관성좌표계에서도 변하지 않는 다는 점을 새로운 이론 의 전제조건 으로 제시했다. 이는 곧 아인슈타인 이 우주 의 언어로서 의 광속 을 인식했 다는 뜻이다._283쪽, <4부. 혁명적 발상」 중 에서

단순함 에는 주전원처럼 어떤 이론 을 보조 하는 수단 의 개수 가 적 다는 것 말고도 여러 층위 의 종류 가 있을 수 있다. 태양중심설 은 지구중심설보다 ‘개념적으로’ 단순하다. 행성들 과 태양 의 움직임 을 관측한 결과 를 놓고 보면 태양 과 행성 들의 상대적인 운동 은 행성 이 태양 을 중심 으로 공전한다고 보는 것이 자연스럽다. 이런 까닭에 후대 의 튀코 브라헤 는 다른 행성 들이 태양 주변 을 공전하고, 이들 모두 가 한꺼번에 지구 주위 를 공전 하는 천체관 을 제시하기도 했다. 그러나 그럴 바에야 차라리 지구 또한 태양 을 중심 으로 회전하고 있다고 보는 것이 더 단순하다. --- 「6부. 미학적 발상」 중 에서

19세기 에는 제임스 클러크 맥스웰 이 전기 현상 과 자기 현상 을 자신 의 이름 이 붙은 방정식(맥스웰 방정식) 속 에서 하나 의 ‘전자기 현상’으로 통합했다. 예컨대 전기장 의 시간에 따른 변화 는 회전 하는 자기장 을 생성하며, 자기장 의 시간에 따른 변화 는 회전 하는 전기장 을 생성한다. 후자 는 곧 발전기 의 원리이기도 하다. 전기 와 자기 를 별도 의 현상 이 아니라 전자기라 는 현상 의 두 양상 으로 이해 하는 것은 단순성이라 는 관점 에서 아주 효율적이다. 과학자들 은 이런 식의 통합 을 좋아한다._392쪽,<6부. 미학적 발상」 중 에서

우리 가 과학에 다시 주목해야 하는 이유 가 여기 있다. 지식 의 창조 에서 가장 성공적이었던 분야 가 바로 과학이기 때문이다. 단순히 수많 은 과학지식 자체 가 중요한 것이 아니다. 그 지식 들이 대체 어떻게 탄생했는지, 과학 은 왜 과학적이며 왜 그토록 성공적이었는지 를 메타과학적인 관점 에서 분석하고 벤치마킹할 필요 가 있다. 물고기 잡는 법을 제대로 알아야 한다. 요즘 유행 하는 단어 를 빌리자면, 과학 은 하나 의 플랫폼, 즉 지식 창출에 가장 성공적인 플랫폼이다. 플랫폼 의 시대 에는 플랫폼에 나타나 는 최종 결과물에만 집착하지 말고(그건 이제 기계 가 훨씬 더 잘한다) 플랫폼 의 구조 와 작동방식 을 이해하고 익혀야 한다. 그것 이 새로운 시대에 효과적인 생존전략이다. 이 책 에서 과학자 들의 발상법 을 추적한 것도 이런 이유에서다. 지식 창조 의 방법론 을 알아야 인공지능에 휘둘리지 않고 인공지능 이 내놓 은 결과물 을 냉정하게 평가할 수 있다. --- 「후기」 중 에서

출판사 리뷰

인공지능 시대, 어떻게 사고할 것인가? 막다른 곳 에서 혁신 의 길을 연 과학자 의 생각법

과학 의 언어인 수를 통해 생각하고 상상 하는 법부터 이론 의 한계 를 발상 의 전환 으로 돌파한 과학사 속 사례까지, 과학자 의 사고 전략 이 궁금한 이들 과 과학자 를 꿈꾸 는 이를 위한 한 권의 책

이종필 교수 의 20여 년에 걸친 교육 과 연구 를 통해 탄생한 책 과학 이론 이 확립된 맥락 과 더불어 기초 교양 지식 을 익힌다

『물리학, 쿼크 에서 우주까지』『이종필 교수 의 인터스텔라』를 비롯한 교양과학서 와 일간지 칼럼 등을 통해 오랜 시간 대중 과 소통해온 물리학자 이종필 교수 의 신작 『과학자 의 발상법』이 출간되었다. 저자 는 지난 20여 년간 물리학 을 연구하고 교육하면서 과학 의 역사 속 위대한 발견 을 이끈 과학자 의 생각법에 각별한 관심 을 갖고 탐구해왔고, 이를 6가지 발상법 으로 정리해냈다. 그러므로 과학자 가 기존 의 이론에 대해 생각한 방법에 초점 을 맞추어 과학 지식 과 과학사 를 살펴본 다는 이 책의 독창적인 콘셉트 는 오랜 시간 저자 가 활동하며 고민해온 시간으로부터 탄생했다고 할 수 있다.

이 책은 과학 의 언어인 수를 통해 생각하고 상상 하는 법부터, 이론 의 한계 를 발상 의 전환 으로 돌파한 과학사 속 사례까지, 정량적 발상, 보수적 혁명적 발상, 실용적 미학적 발상까지 지식 의 도약 과 패러다임 전환 을 이끈 발상법 을 차근차근 살펴본다. 독자들 은 과학사 속 지식 의 생산 과정 을 두루 살펴볼 수 있을 뿐 아니라, 과학자 의 생각법에 초점 을 맞추어 새로운 관점 으로 과학사 와 그 지식 을 정리해볼 수 있다. 그 과정 에서 물리학 을 중심 으로 한 기초 과학 지식도 상세히 설명하고 있어, 책을 읽고 나면 어떤 물리학 교양서 를 읽기에도 충분한 배경지식 을 쌓을 수 있다. 과학자 의 사고 전략 이 궁금한 이들 과 과학자 를 꿈꾸 는 이들에게 이 책은 최고 의 선물 이 될 것이다.

지식 의 도약 과 패러다임 전환 은 어떤 식 으로 일어나는가? 문제 를 해결하고 새로운 지식 을 탄생시키 는 여섯 가지 전략

이 책에서 는 여섯 가지 발상법 을 주제로 과학 지식 과 과학사 를 재배치한다. 독자들 은 각각 의 주제에 맞게 과학사 에서 이루어진 발견들 을 살펴보면서 고전역학 과 양자역학, 거시세계 와 미시세계에 대해 밝혀진 물리학 지식 을 비롯해 상대성이론, 우주론, 방사능, 전자기, 주기율표, 유전자 등에 관한 기본적인 과학 지식 또한 익힐 수 있다. 지금까지 결론 이 난 이론만 다루 는 것이 아니라 그 이론 이 오늘날처럼 정립되기까지 여러 과학자 들이 겪었던 시행착오 와 사고 과정, 아직까지 설명되지 않아 과학자 들이 앞 으로 풀어야 할 과제에 대해서도 살펴본다. 이를 통해 독자들 은 자연법칙 을 더 쉽게 이해할 수 있을 뿐 아니라, 인류 가 과학 을 한 다는 것이 어떤 의미인지도 고민해볼 수 있을 것이다. 각 부 에서 다루 는 발상법들 을 하나씩 소개한다.

● 1부. 워밍업―정량적 발상 수는 과학 의 세계 에서 사용 하는 공통 언어로, 과학 은 객관성 과 재현 가능성 을 확보하기 위해 수치 를 사용한다. 워밍업 을 위해 맨 앞에 배치된 1부에서 는 일상생활 에서 쉽게 접하게 되는 수의 의미 를 추적하면서 수를 사용해 생각하고 추론 하는 방법 을 살펴본다. 대입 혹은 입사 시험 에서 만나기도 하는 수리추정 문제, 이를테면 지구 의 질량이나 바다 의 부피 를 재거나 일정 지역에 있는 치킨집 의 개수 혹은 피아노 조율사 의 수 등을 어림잡아 세는 것과 같은 문제 를 풀 때 그것 이 어떤 추정 과 연산 을 통해 가능한지 알아본다. 그 방법 중 하나로 물리학자 들이 즐겨 사용 하는 ‘차수추정’이 제시되기도 한다. 예를 들어 피아노 조율사 의 수를 구 하는 문제 에서 일반적인 조율 횟수 를 ‘1년에 한 번’ 혹은 ‘1년에 열 번’ 중 에서 하나 를 선택 하는 것과 같이, 추정 하는 수를 십진법 의 차수만 생각해서 따져보 는 것으로, 좀 더 쉽게 수치 판단 을 가능하게 한다. 인체 의 크기 와 질량 을 차수추정 해보면 “사람 의 몸은 대략 1미터 크기이고, 질량 은 약 100킬로그램이다. … 즉 성인 기준 으로 사람 의 키는 대체로 10미터보 다는 1미터에 가깝고, 몸무게 는 10킬로그램보 다는 100킬로그램에 가깝 다는 뜻이다.”(42쪽) 1장에서 는 이와 같이 수치 를 좀 더 쉽고 직관적 으로 이해할 수 있는 방법들 을 알려준다. 더불어 감염병 진단, DNA 검사, 수능 점수 표기 등에 사용되 는 수치 를 짚어보며 통계학 의 숫자 들이 의미 하는 바에 대해서도 살펴본다.

● 2부. 보수적 발상 2장부터 는 본격적 으로 과학사 속 에서 드러난 과학자 들의 생각법 과 태도들 을 살펴본다. 기존 지식에 위배되 는 새로운 현상 이 발견되었 을 때 원래 있던 이론 을 꼭 완전히 다른 이론 으로 대체해야만 하는 것은 아니다. 이전 체제로 어디까지 설명할 수 있는지 를 명확히 알고, 가능하다면 기존 이론 을 확장 혹은 일반화하여 새로운 지식 을 포용 하는 것 역시 중요하다. 새로 발견한 천왕성 의 궤도 가 뉴턴역학 으로 설명되지 않자 미지 의 행성 을 도입했던 것(이는 이후에 해왕성 으로 밝혀졌다)이나 방사성 붕괴라 는 새로운 현상 을 설명하기 위해 미지 의 입자인 중성미자 를 도입했던 사례 가 여기서 소개된다. 고전물리학 으로 설명하기 어려웠던 수성 의 근일점 이동에 대한 이해 와 중력파나 힉스입자 같은 현대 물리학 의 발견 이 어떻게 보수적 발상 을 통해 이루어졌는지 살펴보고, 더 나아 가 암흑물질이나 고리양자중력 과 같이 아직 해결되지 않은 미스터리에 대해서도 이야기한다.

● 3부. 실용적 발상 당면한 문제 를 해결 하는 실용성에 집중하면 낡은 틀에 얽매이지 않고 그 틀을 깰 수 있다. 3부에서 는 과학 이 임시방편적인 가설 을 세우 는 것(보어 의 원자모형), 상황 을 단순화시켜 일반화 를 하는 것(일반상대성이론), 규칙 을 통해 발견되지 않은 존재 를 예측 하는 것(주기율표 와 게이지 입자), 막대한 예산 과 기술 을 사용한 물량공세로 관측 영역 을 확장 하는 것(망원경 과 현미경)과 같은 실용적인 방법 을 통해 새로운 지식 으로 나아갔던 사례들 을 살펴본다.

● 4부. 혁명적 발상 어떻게 다르게 생각할 것인가? 4부에서 는 발상 의 전환, 역발상, 직관 과 어긋난 쪽 으로 생각하기, 전제 를 극단까지 밀어붙이기, 전혀 다른 것들 을 연결하기 의 사례 들이 제시된다. “전류 가 흐르 는 도선 이 주변에 자석 과 같은 효과 를 만들 수 있다면, 자석 이 도선에 전류 를 흐르게 할 수도 있지 않을까?”와 같은 패러데이 의 역발상, “전통적인 파동인 빛이 입자적 성질 을 갖고 있다면, 전통적인 입자인 전자도 파동적 성질 을 가질 것”이라 는 드브로이 의 과감한 가정 이 이끌어낸 발견 을 살펴본다. 또한 4부에서 는 양자역학 을 비롯한 현대 물리학 의 주요 개념 과 주제, 쟁점도 더 깊이 들여다본다. 얽힘(슈뢰딩거 의 고양이), 블랙홀, 다중우주, 끈이론, 핵분열, 초전도 현상 등의 발견 이 왜 그토록 혁명적이라고 하는지에 대해서도 이해할 수 있을 것이다.

● 5부. 실패할 결심 이 책은 전반적 으로 문제 를 해결해낸 경우들 을 살펴보고 있지만, 과학에 언제나 성공만 있는 것은 아니다. 오히려 실패야말로 과학 활동에 필연적 으로 동반되 는 요소라고 할 수 있기에, 실패 를 잘 들여다보 는 것이 중요하다. 멘델 의 유전법칙, 암모니아 촉매 개발, 중력장 방정식, 행성 의 타원 궤도, 정상상태우주론, 초전도체 등과 관련하여 과학자 들이 어떻게 실패해왔는지, 이런 실패 에서 어떻게 나아갈 수 있는지 살펴본다.

● 6부. 미학적 발상 아름다움 을 추구 하는 욕망 이 과학 활동 을 특정한 방향 으로 이끌기도 한다. 6부에서 는 과학 이 추구 하는 단순함, 대칭성, 필연성, 자연스러움 은 무엇이며, 그것 은 어떻게 새로운 발견 을 가능케 하는지 살펴본다. 태양중심설 과 표준모형 은 각각 의 이전 이론들보다 어떤 면 에서 단순한지, 뉴턴·맥스웰·아인슈타인 은 어떻게 여러 현상 을 하나 의 원리로 통합했는지, 물리학자 들이 왜 보존량 을 좋아하는지, 표준모형 을 비롯한 어떤 이론들 은 왜 필연적 으로 존재할 수밖에 없었는지, 아직까지 해결되지 못한 우주론 의 난제 에는 무엇 이 있는지 등의 문제 를 다룬다. 이 부를 통해 과학 이 미학적 발상 과 결코 동떨어져 있는 것이 아님 을 이해할 수 있을 것이다.

인공지능 시대, 왜 과학자 의 생각법인가? 과학이라 는 플랫폼 을 돌아보며 나아갈 방향 을 찾는다

바야흐로 인공지능 의 시대라 할 만한 오늘날, 인간 의 능력 과 지능에 대한 질문 또한 새롭게 고민되고 있다. ‘인공지능 이 가장 먼저 대체할(혹은 가장 나중에까지 대체하지 못할) 직업은?’이라는, 많은 매체들 에서 던진 질문 은 그러한 상황 을 반영한 것일 테다. 과학자라 는 직업 은 어떠할까? 이를 알기 위해서 는 과학 연구 와 지식 의 생산이라 는 작업 이 어떤 방식으로, 어떤 능력 을 바탕 으로 이루어져 왔는지 를 알아야 한다. 이 책은 바로 그 ‘사고방식’을 들여다보 는 책이다. 더 나아 가 이런 질문 을 던져볼 수도 있다. 그렇다면 왜 과학일까? 지금 왜 과학 지식 과 그것 이 만들어진 메커니즘 을 살펴보아야 할까? 저자 는 후기 에서 과학 은 “지식 의 창조 에서 가장 성공적이었던 분야”로, “과학 은 하나 의 플랫폼, 즉 지식 창출에 가장 성공적인 플랫폼”이라며, 이렇게 밝힌다. “플랫폼 의 시대 에는 플랫폼에 나타나 는 최종 결과물에만 집착하지 말고(그건 이제 기계 가 훨씬 더 잘한다) 플랫폼 의 구조 와 작동방식 을 이해하고 익혀야 한다. 그것 이 새로운 시대에 효과적인 생존전략이다.”(425쪽) 결국 이 책은 과학 이 오늘날 의 ‘과학’이 된 여정 을 살펴보면서 앞 으로 나아갈 방향 을 고민하자 는 제안이기도 한 셈이다.

1부 워밍업 - 정량적 발상

과학자 는 새로운 해결책 을 찾기보다 기존 체제 를 고수하며, 기존 지식 을 일반화하여 새로운 지식 을 포용한다.

1장 수학 이 어려운 진짜 이유

2장 숫자놀이 의 미학

3장 지구 와 태양 의 질량 을 재는 법

4장 치킨집 개수 세기

5장 대체 외계인 은 어디 있는 거야?

6장 복리, 감염병, 핵무기 가 무서운 진짜 이유

7장 바닷물 을 퍼내면 몇 잔이나 나올까?

8장 코로나 진단키트 와 양성 예측도

9장 심슨 은 왜 무죄판결 을 받았을까?

10장 숫자로 유무죄 를 가릴 수 있을까?

11장 수능 점수 와 정규분포

12장 4할 타자 가 사라진 이유

13장 5시그마 의 비밀

2부 보수적 발상

수는 과학 의 세계 에서 사용 하는 공통 언어이며, 익숙해지면 과학적 사고 를 위한 날개 를 달아준다.

1장 기존 의 이론 을 지키기

• 천왕성 의 변칙궤도
• 방사성 붕괴 의 비밀
• 은하회전곡선

2장 패러다임 을 끝까지 밀고 나가기

• 일반상대성이론
• 중력파
• 힉스입자

3장 모든 위기 가 해결되 는 것은 아니다

• 켈빈 경과 고전물리학 의 난제
• 수성 의 근일점 이동
• 20세기 과학 의 미해결 난제
• 암흑물질 과 암흑에너지

4장 포용하고 확장하기

• 만유인력 의 법칙 과 일반상대성이론 의 관계
• 양자역학 과 고전물리학

3부 실용적 발상

당면한 문제 를 해결 하는 실용성에 집중하면 낡은 틀에 얽매이지 않고 그 틀을 깰 수 있다. 우선 은 가장 가려운 부분 을 얼마나 속 시원하게 긁어주느냐 가 중요한 판단 기준 이 된다.

1장 담대한 가설 을 세우기

• 흑체복사 와 플랑크 의 양자화 가설
• 쿼크 모형
• 보어 모형
• 상대성이론

2장 특별한 경우 를 확장시켜 일반화하기

• 특수상대성이론 에서 일반상대성이론 으로
• 차원 을 넘나드 는 묘기, 재규격화 와 끈이론

3장 과감하게 예측하기

• 멘델레예프 의 주기율표 와 갈륨
• 팔중도 와 에타, 오메 가 입자 의 발견
• 에딩턴 의 일식 탐사
• 중성류, W입자 와 Z입자

4장 빅사이언스, 혁명적 으로 물량공세 하기

• 맨해튼 프로젝트
• 대형화되 는 망원경
• 미시세계 를 관측 하는 초대형 현미경

5장 최고 의 가성비, 우연히 발견하기

• X선과 방사능
• 데이비슨-저머 실험
• 허블 과 안드로메다
• 우주배경복사
• 고시바 의 가미오칸데

4부 혁명적 발상

어떻게 다르게 생각할 것인가?

1장 생각 의 방향 을 전환하기

• 케플러 의 타원 궤도
• 특수상대성이론 의 두 가정
• 리제 마이트너 와 핵분열
• 쿠퍼쌍 과 초전도성

2장 역발상, 뒤집어 생각하기

• 패러데이 의 모터 와 발전기
• 드브로 이 물질파
• 끈풍경 과 다중우주

3장 직관 과 어긋나도록 생각 의 회로 를 틀기

• 현대 물리학 이 어려운 이유
• 우주 의 언어로 기술한 상대성이론
• 미시세계 의 새로운 규칙, 양자역학
• 얽힘, 가장 놀랍고도 신묘한
• 벨 부등식 과 실험적 검증

4장 사고실험, 전제 를 극단까지 밀어붙여 상상해보기

• 갈릴레이 가 아리스토텔레스 를 무너뜨린 방법
• 뉴턴 의 만유인력
• 맥스웰 의 도깨비
• 아인슈타인 과 보어 의 논쟁, 그리고 슈뢰딩거 고양 이
• 블랙홀 전쟁

5장 전혀 다른 것들 을 연결하기

• 말다세나 추론
• ER=EPR

5부 실패할 결심

1장 시행착 오는 불가피하다

• 아인슈타인 의 시행착오
• 암모니아 촉매

2장 실패 를 어떻게 볼 것인 가

• 갈릴레이 의 실패
• 아인슈타인 의 영원불멸 우주론
• 정상상태우주론

3장 발견에 실패 했을 때

• 명왕성 의 발견
• 암흑물질 의 미스터리

4장 발견 이 오류로 밝혀졌 을 때

• 아우소늄 과 헤스페륨
• 초광속 중성미자
• LK-99, 초전도체?

5장 기대 가 어긋날 때

• 유전자 와 염색체
• 화장지에 튕겨 나간 포탄
• 가속팽창

6부 미학적 발상

1장 오컴의 면도날, 단순한 방향 으로 생각하기

• 오컴 의 면도날
• 태양중심설 의 단순함
• 표준모형 을 넘어설 수 있을까

2장 여러 경우 를 하나로 통합하기

• 뉴턴 과 맥스웰 의 경우
• 통합에 대한 열망

3장 대칭성, 변하지 않는 성질에 주목하기

• 대칭성
• 물리학자 들이 보존량 을 좋아 하는 이유
• 게이지 대칭성

4장 필연성, 반드시 그러해야만 하는 이유 를 찾기

• 일반상대성이론 의 필연성
• 표준모형 의 필연성

5장 자연스러운 쪽 으로 생각하기

• 힉스입자 의 미세조정
• 우주상수 문제
• 인류원리

2024 세계 물리학 필독서 30

(이종필 2024b)

갈릴레이 와 뉴턴에서부터 아인슈타인, 스티븐 호킹, 오펜하이머, 칼 세이건에 이르기까지, 과학사에 길이 남은 천재들 과 함께 읽는 물리학 의 영원한 고전 30권!세상 의 모든 물질 을 구성 하는 원자부터 광대한 우주 와 시간 의 비밀까지, 생명 과 우주 의 이치 를 담은 물리학은…

책소개

갈릴레 이 와 뉴턴 에서부터 아인슈타인, 스티븐 호킹, 오펜하이머, 칼 세이건:에 이르기까지, 과학사에 길이 남은 천재들 과 함께 읽는 물리학 의 영원한 고전 30권!

세상 의 모든 물질 을 구성 하는 원자부터 광대한 우주 와 시간 의 비밀까지, 생명 과 우주 의 이치 를 담은 물리학 은 상당히 매력적인 학문이지만 누구나 선뜻 다가가기 는 힘들다. 설령 관심 이 생겨 책을 읽어보려 해도 어디서부터 어떻게 시작해야 할지 알 수 없을 만큼 깊고 넓은 학문이다. 『세계 물리학 필독서 30』은 물리학에 대한 이런 막연한 갈증 과 낯섦 을 해결하기 위한 책이다. 그동안 물리학 의 저변 을 넓히기 위해 여러 권의 대중 과학서 를 집필하고 과학 커뮤니케이터로 활발히 활동해온 물리학자 이종필 교수 가 집필한 이 책은, ‘교양으로서 과학 을 어떻게 알려줄 것인가’라는 저자 의 오랜 고민에 대한 해답이기도 하다.

저자 는 시대 가 변하고 상황 이 바뀌어도 ‘과학 교육’의 가장 기본적인 출발점 은 언제나 ‘고전 명작’일 수밖에 없다고 결론 을 내린다. 그리고 그 ‘고전 명작’을 선정 하는 데 가장 중요한 기준 은 ‘과학 의 원초성(originality)을 담은 책’이라고 강조한다. 저자 는 이 기준에 따라 물리학 의 역사 에서 중요한 위치 를 점하고 있거나 그런 역할 을 했던 사람 이 쓴 책을 위주로 서른 권의 책을 선별했다. 과학적 사고 의 기원 이 된 플라톤 의 『티마이오스』와 서구 의 2,000여 년 정신세계 를 지배한 아리스토텔레스 의 『자연학』, 인류 가 어떻게 수학 의 언어로 자연 을 이해하게 되었는지 를 보여주 는 뉴턴 의 『프린키피아』를 책의 서두에 배치한 것도 그런 이유다.

이렇게 과학적 사고 와 이론 의 본질 을 보여주 는 학문적 여정 을 지나면 아인슈타인, 하이젠베르크, 슈뢰딩거, 파인만, 스티븐 호킹처럼 이름만 대면 누구나 알 만한, 역사적 으로 위대한 과학자 들의 저서 를 친절한 설명 과 함께 풀어낸다. 또한 킵 손이나 안톤 차일링거처럼 최근에 노벨상 을 수상한 과학자들, 현 시대 가장 촉망받 는 과학자 와 이미 세계적인 일가 를 이룬 인물 들의 책까지 균형 있게 다루고 있다. 『아메리칸 프로메테우스』나 『코스모스』 『시간 의 역사』처럼 구매한 사람 은 많지만 끝까지 읽은 사람 은 별로 없는 명작들에 대한 소개 와 해설도 이 책의 빼놓 을 수 없는 묘미이다. 이론 과 개념 을 넘어 교양으로서 의 물리학, 거대한 지식 의 맥락 가운데 하나로서 의 물리학 을 알고 싶다면 이 책 『세계 물리학 필독서 30』을 추천한다. 책장 을 넘기 는 것만으로도 짜릿하고 놀라운 지적 경험 을 하게 될 것이다.

서문 우리 시대에 반드시 읽어야 할 물리학 고전들 을 추천하며

1 <티마이오스> 플라톤

“신은 언제나 기하학 을 하고 있다.”

2 <자연학> 아리스토텔레스

서양철학 2천 년을 지배한 대가 의 저작

3 <지동설 과 코페르니쿠스> 오언 깅그리치, 제임스 맥라클란

‘아무도 읽지 않은 책’으로 인류 의 역사 를 바꾼 어느 과학자 의 생애

4 <두 체계 의 대화> 갈릴레오 갈릴레 이

세기 의 종교재판 을 야기한 위대한 문제작

5 <갈릴레오 의 진실> 윌리엄 쉬어, 마리아노 아르티가스

갈릴레오 갈릴레이 와 함께 하는 로마로 의 여정

6 <프린키피아> 아이작 뉴턴

성경 다음 으로 인류 의 역사 를 바꾼 위대한 저작

7 <뉴턴 의 시계> 에드워드 돌닉

페스트 와 대화재, 신의 저주 가 가득한 17세기로 의 시간여행

8 <볼츠만 의 원자> 데이비드 린들리

눈에 보 이는 세상 을 넘어

9 <상대성 의 특수이론 과 일반이론> 알베르트 아인슈타인

20세기 과학혁명 의 기수, 상대성이론

10 <부분 과 전체> 베르너 하이젠베르크

양자역학 의 아버지 가 남긴 시대 의 비망록

11 <퀀텀스토리> 짐 배것

인간지성 의 결정체, 양자역학 을 빚어낸 그 혁명 의 이야기

• 짐 배것 (2014) 퀀텀 스토리 : 양자역학 100년 역사 의 결정적 순간들

12 <아인슈타인 의 베일> 안톤 차일링거

양자역학에서도 가장 신비롭고 오묘한 얽힘 의 비밀

13 <생명이란 무엇인가> 에르빈 슈뢰딩거

물리학 의 방법론, 생명에 적용하다

14 <과학적 발견 의 패턴> 노우드 러셀 핸슨

‘보는 것이 믿는 것’이라 는 상식 을 깨버린 현대 과학철학 의 전설

15 <원자폭탄 만들기> 리처드 로즈

우주 의 근본적인 에너지로 인류 의 역사 를 바꾼 드라마

16 <아메리칸 프로메테우스> 카이 버드, 마틴 셔윈

인류에 새로운 불을 가져다준 20세기 프로메테우스 의 일대기

17 <물리법칙 의 특성> 리처드 필립 파인만

생각 하는 즐거움 을 일깨워주 는 과학자 파인만 의 특급 강의

18 <블랙홀 과 시간여행> 킵 손

영화 『인터스텔라』의 과학자 가 들려주 는 블랙홀 의 모든 것 19 <신의 입자> 리언 레더먼, 딕 테레시 입자물리학 의 표준모형 을 완성할 마지막 퍼즐, ‘신의 입자’를 찾아 나선 대장정 의 이야기

20 <최종이론 의 꿈> 스티븐 와인버그

궁극 의 이론 을 찾아 나선 과학자 들의 대서사시

21 <카오스> 제임스 글릭

혼돈 속에 발견한 질서, 그 놀라운 아름다움에 대해

22 <링크> 알버트 라슬로 바라바시

네트워크로 연결된 세상 의 비밀 을 파헤친 과학자 들의 연대기

23 <코스모스> 칼 에드워드 세이건 교양과학책 의 영원한 고전

24 <시간 의 역사> 스티븐 호킹 초일류 과학자 가 들려주 는 우주 삼라만상 모든 것의 이야기

25 <우주 의 기원 빅뱅> 사이먼 싱 한 권 으로 읽는 빅뱅우주론 의 과거 와 현재

26 <날마다 천체물리> 닐 디그래스 타이슨 인간 을 겸손하게 만드 는 우주로 의 여정

27 <엘러건트 유니버스> 브라이언 그린 우아한 우주 속에 펼쳐진 끈 들의 향연

28 <숨겨진 우주> 리사 랜들 : 과학 픽션 이 과학적 팩트 가 되는 순간

29 <우주 의 풍경> 레너드 서스킨드 : 과학 의 목적 과 방향에 새로운 패러다임 을 제시한 다중우주 의 원조

30 <맥스 테그마크 의 유니버스> 맥스 테그마크 : SF 와 과학 의 경계 사이, 다중우주 를 향한 담대하고도 놀라운 가설

Related-Notes

• @낸시포브스 패러데이 vs. 맥스웰 : 전자기 시대 - 물리학의 두 거장

BIBLIOGRAPHY

이종필. 2022. 이종필의 아주 특별한 상대성이론 강의. 파주: 김영사. https://www.yes24.com/Product/Goods/116476348.

———. 2024a. 과학자의 발상법 - 문제를 해결하고 새로운 지식을 탄생시키는 여섯 가지 전략. https://www.yes24.com/Product/Goods/128583178.

———. 2024b. 세계 물리학 필독서 30. https://m.yes24.com/Goods/Detail/130312143.