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헬로, 사이언스 Hello, Science : 내일의 과학자를 위한 아름다운 과학 시간

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출판사 서평

청소년을 위한 과학 강연회 '10월의 하늘'의 재미있는 강연을 책으로!"
청소년에게 과학의 꿈을 심어주기 위해 기획된 과학 강연회 '10월의 하늘'. 이 행사를 기획한 [과학 콘서트] 저자 정재승 교수를 비롯, 서울대 통계학과 장원철 교수, 고등과학원 물리학부 전응진 교수, 서대문자연사박물관 이정모 관장, [과학동아] 윤신영 기자 등 다양한 분야의 전문가들이 흥미로운 과학 이야기를 선보인다.
거대한 우주부터 눈으로는 볼 수 없는 원자의 세계까지, 우리의 뇌부터 초파리의 날개까지, 인류 역사상 가장 위대한 발명가부터 몇 해 전 힉스 입자를 발견하여 노벨상을 탄 과학자까지. 교과서에서는 볼 수 없는 흥미진진한 과학 이야기가 생생하게 펼쳐진다.

안녕, 과학! 안녕, 나의 친구!
'과학' 하면 우리는 일단 고개를 내젓는다. '어려워' '지루해' '몰라도 돼'... 그런데 과학은 정말 어렵기만 한 것일까? 모른 채 하고 살면 괜찮은 걸까?
우리는 과학을 배우기 어려워하고 과학자를 딴 세상에 사는 사람처럼 여기지만 실은 과학과 한시도 떨어져 살지 못한다. 우리가 누리는 일상 곳곳에 무수히 많은 과학적 원리가 숨어 있기 때문이다. 내일의 일기예보, 아삭한 김치 맛을 위한 김치냉장고, 휴대전화, 천만 관객을 돌파한 영화, 스포츠 경기, 심지어 만화 속에도 과학은 있다. 결코 음침한 실험실이나 연구 논문, 어려운 수식 속에만 과학이 존재하는 것이 아니라는 말씀!
이 책 [헬로, 사이언스]는 이렇게 우리 일상 속에 숨은, 혹은 우리가 앞으로 당연하게 누리게 될 것들에 숨어 있는 과학적 원리와 흥미로움을 선보인다. '아니! 여기에도 과학이 숨어 있었다니!' 이 책을 읽고 나면 내 주위에 많은 물건이나 다양한 현상들을 새로운 시선으로 바라보게 될 것이다. 그때 반갑게 인사하며 과학과 친구가 되어보자. "헬로, 사이언스!"

'10월의 하늘' 세 번째 이야기
이 책은 정재승 교수의 제안으로 시작된 '10월의 하늘'의 재미있는 강연을 묶은 책이다. 2010년 시작된 '10월의 하늘'은 현직 과학자, 과학저술가, 공학자 는 물론 인문사회, 문화예술 각 분야 전문가들이 과학을 접할 기회가 많지 않은 청소년들에게 직접 찾아가 과학의 신비와 자연의 경이로움을 나누는 과학 강연회다.
'10월의 하늘'이라는 이름은 영화 [옥토버 스카이]에서 태어났다. 이 영화는 탄광촌에 살던 소년 호머가 소련에서 쏘아 올린 '하늘을 날아오르는 별', 인공위성에 관한 뉴스를 보고 로켓 과학자의 꿈을 키우다 마침내 미 항공우주국NASA의 로켓 과학자가 된다는 이야기를 다루고 있다.
평범한 소년이 위대한 과학자가 되는 일은 영화에서만 벌어지는 일이 아니다. 지금 과학자로 살아가고 있는 많은 사람들도 인생의 중요한 시기에 '호머의 인공위성'을 만나 과학자의 꿈을 키웠다. 그것은 수학 선생님이 해준 한마디의 격려일 수도 있고 우연히 듣게 된 과학자의 강연일 수도 있다. 민감한 사춘기 시절, 누군가의 한마디로 우주와 자연과 생명의 경이로움에 매혹된 청소년들은 그날부터 과학자를 꿈꾼다. 우주를 탐구하고 생명의 기원을 실증적으로 고민하는 과학자의 삶이 고귀하다는 걸 깨닫는 순간, 세상이 뭐라 해도 과학자의 꿈을 놓지 않는다. '10월의 하늘'은 이렇듯 내일의 과학자들에게 '호머의 인공위성' 같은 존재가 되고자 한다.

물리학자, 슈퍼컴퓨터 연구원, 통계학자, 생명과학자, 만화가, 음악가... 과학을 이야기하다
이 책은 과학자는 물론 의사, 저널리스트, 예술가, 기업인 등 각계각층의 전문가들이 참여했기 때문에 다양한 분야에 살아 숨 쉬는 과학 이야기를 들을 수 있다. "미국 선거 결과를 정확하게 예측한 통계학자의 비결, 뇌파를 음악으로 들려주는 청진기, 신나게 살면서도 존경받는 부자가 될 수 있는 방법, 지구온난화만큼 심각한 바다 이야기, 힉스 입자의 정체, 공룡의 탄생과 멸종" 등 15가지 재미있는 과학 이야기가 담겨 있다.
청소년을 위한 과학책으로 많은 사랑을 받은 [과학, 10월의 하늘을 날다], [10월의 하늘, 내일의 과학자를 만나다]에 이어 '10월의 하늘' 시리즈의 세 번째 책인 [헬로, 사이언스]에서는 훨씬 더 새롭고 재미있고 흥미로운 이야기를 만날 수 있다.

뇌에서 너의 목소리가 들려 -정재승
뇌에서 만들어지는 수많은 뇌파라는 신호를 소리로 바꾸어 들을 수도 있습니다. 뇌파는 신경세포들이 서로 정보를 주고받고 처리하는 과정에서 만들어진 전류가 두피까지 전해져서 만들어낸 일종의 전자기파입니다. 이 전자기파는 주파수가 매우 낮습니다. 1초에 3~4번, 많아도 100번 이내로 출렁이는데, 이것을 우리가 들을 수 있는 가청주파수대로 옮기면 일종의 '뇌파 청진기'를 만들 수 있는 것이죠. 만약 이 장치가 상용화 된다면, 앞으로 정신과 의사선생님들이 환자를 보는 방식이 완전히 바뀔 수 있습니다. 그때는 환자가 정신과에 진료를 받기 위해 오면, 환자 머리에 뇌파 청진기를 대고 환자의 상태를 파악하는 것이 가장 첫째 진료가 될 거예요.

우리는 내가 무엇을 원하는지, 내 마음이 어떤 상태인지 나조차 알 수 없을 때가 많다. 그 마음이라는 것이 어디에 있을까, 과학자들도 아직 그 답을 모르고 있지만 굉장히 가능성이 높은 곳 중 하나가 인간의 뇌다. 뇌를 읽는 다양한 방법과 과학 기술을 알아본다.

슈퍼컴퓨터가 나가신다! -이식
우리의 일상생활에서도 슈퍼컴퓨터가 사용됩니다. 늘 일정한 온도를 유지해야 하는 김치냉장고, 냄새를 잘 제거하는 레인지후드, 때를 잘 빼주는 세제 등이 모두 슈퍼컴퓨터를 이용해서 만들어졌습니다. 올림픽에서 좋은 기록을 얻기 위해 과학자들은 가벼우면서 공기나 물의 저항을 최소화한 장비를 계속 개발하고 있습니다. 이 역시 슈퍼컴퓨터 없이는 어려운 일입니다. 자연재해에 대한 대비 역시 슈퍼컴퓨터의 주된 응용분야입니다. 해일, 홍수, 산불, 토네이도 등이 발생했을 때 예상되는 이동경로와 이동
시간 등을 사전에 계산하면 그 피해를 크게 줄일 수 있습니다. 특히 지진의 위험이 큰 일본은 지진으로 인한 각종 피해를 사전에 막기 위한 연구에 슈퍼컴퓨터를 많이 활용하고 있습니다.

우리의 일상생활과는 연관이 없고 과학자들이나 이용할 거라 생각했던 슈퍼컴퓨터. 알고 보면 슈퍼컴퓨터는 일기예보, 자동차, 냉장고, 휴대전화, 영화 등 우리 생활의 모든 것과 밀접한 관련이 있어 슈퍼컴퓨터 없이는 하루도 살 수 없는 세상이 되었다. 슈퍼컴퓨터의 활약상을 살펴본다.

드디어 나타난 '신의 입자' -전응진
힉스 입자의 파동함수(힉스장)가 전 우주 공간에서 일정한 값을 가지게 될 때 게이지 대칭성은 자발적으로 깨어지고, 그 값과 크기에 따라 게이지 입자의 질량도 결정됩니다. 이런 힉스장의 존재를 약한 상호작용에 적용해서 W, Z 보존을 무겁게 만들고, 더 나아가서 이 힉스장 때문에 물질을 구성하는 기본입자인 쿼크와 렙톤도 질량을 가질 수 있게 된다는 것이 와인버그가 완성한 표준모형의 요체입니다. 이런 역할을 하는 힉스 입자라면 '신의 입자'로 불릴 만하지 않을까요?

2012년, 가설에 불과했던 입자 하나가 실제로 발견된다. 그동안 이 입자는 '신의 (저주를 받은) 입자'로 불려왔다. 기본 입자들의 세계를 묘사하는 '표준 모형'의 구축에 결정적인 역할을 할 것으로 예측되면서도 존재 여부가 전혀 검증되지 않아 이론물리학자들의 애간장을 녹였기 때문이다. 힉스 입자의 정체는 무엇이며 이 입자가 '신의 입자'의 자리에 오르게 된 과정을 모두 공개한다.

누가 슈뢰딩거 고양이를 죽였나? -김상욱
A와 B 두 개의 상태를 갖는 원자를 생각합니다. 그리고 검출기가 있어서 원자가 A 상태에 있으면 아무 일도 일어나지 않지만, B 상태에 있으면 작동된다고 합시다. 검출기가 작동되면 옆에 있는 병을 깨뜨리게 되는데, 이 병에는 독약이 들어 있습니다. 원자는 양자역학적으로 행동할 수 있으므로 A와 B 상태에 동시에 있도록 만들 수 있습니다. 따라서 독약병은 깨져 있으면 서 동시에 깨져 있지 않은 것이죠. 이제 원자, 검출기, 독극물로 이루어진 장치와 고양이 한 마리를 함께 상자에 집어넣습니다. 독약병이 깨져 있으면서 동시에 안 깨져 있으므로 고양이는 그에 따라 죽어 있으면서 살아 있어야 할 겁니다. 동시에 살아있으면서 죽어있는 고양이? "이건 말도 안돼!"

양자역학은 이상한 학문이다. 하지만 인간이 만든 가장 정밀하고 성공적인 학문이다. 양자역학이 없다면 스마트폰도 TV도 GPS도 분자생물학도 첨단화학제품도 존재할 수 없다. 19세기로 돌아가야 한다는 얘기. 슈뢰딩거의 고양이 실험을 통해 고전물리학, 양자역학의 세계에 대해 알아본다.

지구가 한 살이라면 -이정모
침팬지와 사람이 갈라선 12월 31일 오전 10시는 실제 시간으로 지금으로부터 700만 년 전입니다. 구석기 시대는 200만 년 전부터 시작되죠. 그리고 기원 전 약 만 년 전부터 신석기 시대가 시작돼요. 그다음에 청동기 시대가 되는 거죠. 자, 원시인들이 돌멩이라도 남겨놓은 구석기 시대 이전에 대해서는 우리가 아무것도 모르니까 놔두고 200만 년 전부터만 따져 봐도 인류 역사의 99.5%는 구석기 시대입니다. 만약에 200페이지짜리 인류사 책을 쓴다면 1페이지부터 199페이지까지는 돌멩이만 나올
것입니다. 책의 마지막 페이지에야 신석기 시대가 시작돼요. 인류와 침팬지가 갈라선 700만 년 전부터 지금까지를 1년으로 축소하면 1월 1일 0시에 인류와 침팬지가 갈라서고 12월 31일 오전 6시까지는 돌멩이를 이용해 과일만 따먹고 지냅니다. 그러다가 오후 3시에 도시가 만들어지고, 밤 11시 40분에 산업혁명이 일어나지요.

46억 년 지구의 역사 가운데 생명이 태어난 것은 36억 5,000만 년 전의 일이다. 생명의 역사를 1년으로 본다면 한 달은 약 3억 년, 하루가 약 1,000만 년 정도가 된다. 그 1년 동안 지구에는 어떤 일들이 일어났을지 살펴본다.

이외에도
과연 우주는 얼마나 클까?
지구가 사나워지고 있다고? 마찬가지야!
기억과 학습은 어떻게 이루어질까?
우리의 미래는 어떻게 될까? 빅데이터에게 물어봐~
투명망토 만들기는 가능할까?
가장 위대한 발명가 1위는 누구일까?
100조 개의 세포로 이루어진 우리 몸

목차

머리말 | 10월, 과학의 하늘이 열리다

두근두근 상상하기? 과학자들의 상상연구소
정재승-뇌에서 너의 목소리가 들려
이 식-슈퍼컴퓨터가 나가신다!
전응진-드디어 나타난 '신의 입자'

와글와글 읽고 쓰기? 과학자들의 서재
김상욱-누가 슈뢰딩거 고양이를 죽였나?
장원철-빅데이터를 주목하라
윤신영-신화 속 괴물의 과학적 재발견

콩닥콩닥 만나기? 과학자들의 카페
이동수-캐리커처 속에 숨은 과학
유석재-과학과 예술, 만나다
박승순-음악가가 바라본 우주

살금살금 다가가 만져보기? 과학 해부실험실
송영한-생명과학으로의 초대
최유정-이산화탄소가 바다에 일으키는 문제
이서울-기억과 학습은 어떻게 이루어질까?

짝폴짝 뛰어오르기? 과학 야외실습실
이정모-지구가 한 살이라면
허성원-발명가를 꿈꾸다
김형진-우주의 크기를 느껴보자

본문중에서

여러분은 동양 사람과 서양 사람이 서로 다른 이모티콘을 쓴다는 것을 알고 있나요? 서양 사람들은 주로 입으로 감정을 표현하는 이모티콘을 활용합니다. 제일 유명한 것이 바로 스마일 표시지요. 눈은 그냥 점으로 땡, 땡 찍혀 있고 입 모양이 굉장히 다양합니다. 반면 우리나라는 어떤가요? 우리는 입은 거의 그리지도 않아요. ㅠ ㅠ나 별(**), 하트 뿅뿅(♥♥), 골뱅이(@@)처럼 주로 눈을 통해 자신의 감정을 표현합니다. 왜 이런 차이가 생겼을까 알아보기 위해 서양인, 동양인이 사람의 얼굴을 볼 때 어디를 먼저 보는지, 중요하게 살펴보는지를 안구 추적장치를 통해 알아봤습니다. 그 결과 서양 사람들은 얼굴을 볼 때 눈보다는 입을 더 오래 보는 것으로 나타났어요. 그러니까 입을 통해 상대방의 감정을 읽으려고 하는 것입니다. 반면 동양 사람들은 입보다는 눈을 많이 본다고 합니다.
{'뇌에서 너의 목소리가 들려' 중에서)

자연현상이건 사회문화적 현상이건 수식으로만 나타낼 수 있으면 그다음에는 컴퓨터로 빠르게 연산할 수 있습니다. 일기예보를 예로 들어봅시다. 내일 날씨를 예보하기 위해서는 오늘 중으로 계산 결과를 얻어야 합니다. 만일 내일 일기예보에 필요한 계산에 2~3일이 걸린다면 우리는 일기예보를 할 수가 없습니다. 예전에는 대한민국 전체나 각 도 수준에서 하던 일기예보가 점점 더 정밀해지면서 이제 동 단위의 예보, 그리고 시간단위의 예보도 가능해졌습니다. 또한 태풍, 기상이변 등 전 지구 차원의 기상연구를 위해서는 우리나라와 인접국은 물론이고, 지구 전체의 해류, 대류, 편서풍 등 다양한 현상을 모두 포함한 훨씬 더 큰 시스템에 대한 연구가 필요합니다. 이처럼 빠르고, 세밀하고, 큰 계산을 위해서도 슈퍼컴퓨터는 꼭 필요합니다.
('슈퍼컴퓨터가 나가신다!' 중에서)

약력과 강력의 게이지 이론에 따르면, 전자기력이 광자에 의해 전달되는 것처럼 약력과 강력을 전달하는 입자가 각각 3개와 8개 존재해야 합니다. 광자를 포함한 이들을 '게이지 입자'라 고 부릅니다. 이렇게 완성될 것 같던 약력과 강력의 게이지 이론은 한 가지 치명적인 난관에 봉착합니다. 약한 상호작용을 게이지 대칭성의 원리에 따라 이해하려면 광자와 마찬가지로 W, Z 보존도 질량을 가질 수 없는데, 이는 실험 결과와 배치되었던 것이죠. 약한 상호작용이 가장 약한 힘이 된 이유는 이 힘을 매개하는 W, Z 보존이 무거워서 힘을 효과적으로 전달할 수 없었기 때문이에요. 바로 이 난관을 돌파하는 데 구세주로 등장한 것이, 전혀 다른 방향에서 연구가 진행되던 1964년의 힉스 입자 관련 논문입니다.
('드디어 나타난 '신의 입자"' 중에서)

미국의 언론인이자 통계학자인 네이트 실버는 맨 처음 세이버메트리션(야구 분석가)으로 시작했습니다. 저 또한 중학교 때 유전학자를 꿈꾸다 고등학교에 올라가 천문학자, 야구 분석가로 꿈이 바뀌었지요. 대학교에서는 통계학을 전공했는데 다른 사람들이 왜 통계학을 공부하냐고 물어볼 때마다 저는 이렇게 대답했습니다. "통계학을 하면 천문학, 생명과학, 야구 분석을 다 할 수 있거든요."
('빅데이터를 주목하라' 중에서)

괴물이라는 것을 우리는 이 세상에 존재하지 않는 상상 속의 생물이라고 여깁니다. 하지만 그렇다고 그 생물을 구성하는 모든 요소가 다 낯설고 이상한 것은 아니에요. 그 생물의 구석구석에는 이미 우리가 알고 있는 익숙한 생물의 서로 다른 부분이 결합된 것이죠. 즉 '서로 다른 동물이 낯설고 이상한 방식으로 결합한 생물'이 바로 괴물이라는 뜻이지요. 이건 제가 멋대로 내린 정의는 아니에요. 아르헨티나의 소설가 보르헤스 역시 이렇게 말했거든요. "괴물이란, 실제로 존재하는 것의 부분을 조합해놓은 것에 불과하다"라고요.
('신화 속 괴물의 과학적 재발견' 중에서)

저자소개

헬로, 사이언스 [저] 신작알림 SMS신청 작가DB보기
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출생지 -
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정재승
KAIST 바이오및뇌공학과 교수. KAIST 물리학과에서 학부부터 박사학위를 받을 때까지 공부했다. 예일대 의대 정신과 연구원, 콜롬비아 의대 정신과 조교수로 치매와 투렛증후군을 연구했으며 현재는 선택의 순간 뇌에서 무슨 일이 벌어지는지 연구하고 있다. 복잡한 사회현상의 뒷면에 감춰진 흥미로운 과학 이야기를 담은 [과학 콘서트]를 시작으로 [정재승+진중권 크로스] 등의 베스트셀러를 썼다. '10월의 하늘'을 통해 더 많은 청소년들이 과학에 대해 관심을 갖고 과학자의 길을 걷기를 바란다.

이식
KISTI 국가슈퍼컴퓨팅연구소 책임연구원. 서울대학

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