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흥미로운 소재와 친근한 대화체 구성의 160개 에피소드를 통해
기본 개념을 제대로 잡아주는 친절하고 꼼꼼한 일반물리학 입문서

이 책은 〈다이얼로그 물리학〉 시리즈(총 4권)의 네 번째 책으로, 일반물리학의 네 영역 가운데 상대성이론ㆍ양자역학에 대해 다룬다. 〈다이얼로그 물리학〉 시리즈는 일상에서 경험하는 다양한 과학 현상에 숨은 기본적인 물리 개념들을 최소한의 수학을 통해 이해할 수 있도록 구성된 일반물리학 입문서다. 우리는 일상에서 흥미롭고 다채로운 과학 현상들을 경험한다. 하지만 복잡한 수학을 모른다면 이러한 현상들에 내재한 자연법칙을 직관적으로 이해하기란 쉽지 않다. 그래서 점차 과학을 소수의 전문가나 학자들만이 다루는 학문으로 바라보게 된다. 하지만 과학은 인류의 삶에서 일상을 넘어 세상의 모든 현상을 설명하고, 나아가 그 너머를 명료하게 바라볼 수 있게 하는 창으로서 기능한다. 그러므로 우리는 학문이 아닌 현대 사회의 핵심 교양이자 보편의 문화로서 과학을 다룰 수 있어야 한다.
〈다이얼로그 물리학〉은 30여 년간 대학 강단에 서며 물리학을 강의해온 저자(이화여대 물리학과 이공주복 교수)가 일반물리학의 교육과정에 따라 고전역학(1권), 물성ㆍ파동ㆍ열역학(2권), 전자기학(3권), 상대성이론ㆍ양자역학(4권)의 전 4권으로 편성하여 집필한 시리즈다. 이 시리즈는 수학을 주요 소통 수단으로 하는 전통적인 일반물리학의 기술 방식에서 벗어나, 저자의 분신인 ‘바리 교수’와 두 학생 ‘울리’, ‘엘리’가 서로 묻고 답하며 대화하는 형식으로 구성된다. 두 학생은 개념 이해에 초점을 둔 상세하고도 명쾌한 바리 교수의 설명을 통해 물리학의 기초 개념들을 하나씩 깨우쳐 나가며, 일상에 산재한 자연법칙들을 풀어낸다. 더불어 각 권 40개(총 160개) 에피소드는 호기심을 자극하는 흥미로운 소재와 제목들, 풍부한 사례와 관련 삽화들로 구성되어 필수적인 개념을 어렵지 않게, 하지만 탄탄하게 짚어낸다.
각 에피소드에서는 핵심적인 물리 용어 및 개념을 부제목으로 달아둠으로써 독자가 순서에 구애받지 않고 흥미로운 주제 먼저, 혹은 예습ㆍ복습이나 개념 연결을 위해서 필요할 때마다 편하게 찾아볼 수 있게 했다. 또한 본문 곳곳에서 해당 에피소드와 연계해 보면 좋을 개념 및 내용이 언급된 다른 에피소드들을 ‘(○권 ○화 참조)’의 형식으로 언급함으로써 독자가 에피소드와 권차를 넘나들며 개념을 연결하고 지식을 심화할 수 있도록 했다. 뿐만 아니라 각 에피소드의 마지막에는 ‘바리 교수의 물리노트’를 제시함으로써 독자가 해당 에피소드에서 다룬 개념과 원리, 공식들을 다시 한 번 이해하고 점검하며, 심화 학습을 할 수 있도록 구성했다.
『다이얼로그 물리학 4: 상대성이론ㆍ양자역학』은 고전물리학의 영역을 주로 다룬 1~3권과 달리, 소위 ‘현대물리학’이라고 불리는 1900년대 이후 발전한 물리학인 양자역학과 상대성이론을 다룬다. 빛과 물질의 이중성부터 양자역학, 특수상대성이론과 일반상대성이론, 핵물리학의 주요 개념들을 짚어나가는데, 고전물리학처럼 일상에서 직접적으로 경험할 수 있는 현상들이 아니기에 혼란스러울 수 있으므로 가급적 쉬운 언어로 흥미로운 사례들을 통해 풀어낸다. 더불어 일부 에피소드에서는 아인슈타인을 비롯한 주요 현대물리학자들의 삶과 업적에 대해서도 간략히 소개한다.
책 속의 등장인물들이 주고받는 대화는 비이공계 학생들이 물리를 공부하며 궁금해하는 것들, 그리고 이공계 학생들이 특히 취약하게 느끼는 개념들을 중심으로, 그것을 적절한 눈높이에서 바라보며 전개된다. 이들의 대화를 차근차근 따라가다 보면 어느 순간 세상 모든 물리의 원리와 이론, 법칙들을 자연스럽게 깨우칠 수 있다. 과학에 관심이 많은 중학생, 이공계 진학을 꿈꾸는 고등학생, 물리 공부는 해보고 싶은데 복잡하고 많은 수식과 계산들 때문에 접근이 어렵다고 생각하는 비이공계 대학생, 계산은 잘하지만 개념 이해가 부족한 이공계 대학생, 그리고 물리학의 맛을 제대로 보고 싶은 일반인까지 진지하게 공부하고자 하는 독자라면 누구에게나 이 시리즈가 과학적 기본기를 다질 수 있도록 돕는 안내서가 되어줄 것이다.

백은옥(한양대학교 AI연구원장 및 컴퓨터소프트웨어학부 교수)
바리 교수의 영양 만점 마법 물리
저자와 가까워진 것은 그녀가 이따금 SNS를 통해 공유하는 음식 사진들 때문이었다. 내 취향에 딱 맞는, 재료도 간단하고 절차가 어렵지 않으면서 균형 잡힌 음식들로, 요리법을 물어보면 그녀는 항상 꼼꼼하게 핵심을 짚어서, 유용한 팁과 함께 알려준다. 이 책에는 그러한 그녀의 성정이 그대로 묻어난다. 일상에서 만나는 다양한 현상이나 기술에 숨겨진 물리를 쉬운 언어로, 간단하게, 핵심을 추려 근사한 영양 만점 요리로 만들어낸다. 이것은 가히 마법이라 할 만하다.

정하웅(『구글 신은 모든 것을 알고 있다』 공동 저자, 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 석좌교수)
학문으로서의 과학이 아닌 문화로서의 과학
과학은 호기심에 기인한 질문으로부터 시작한다. 우리 주변에서 일어나는 모든 일을 적절한 눈높이에서 바라보고, 친절하게 질문과 답변으로 설명하는 바리 교수와 울리, 엘리의 대화를 따라가다 보면 자연스레 올바르게 질문하고 답할 줄 아는 과학적 소양이 싹트게 될 것이다. 이 책은 물리 용어들을 부제로 달아두어서 굳이 순서에 구애받지 않고 흥미로운 주제를 먼저 편하게 찾아 읽기에 좋다. 과학이 과학자만의 학문이 아닌 21세기의 교양이자 문화로 자리 잡기를 바라며, 그 첫걸음으로 이 책을 추천한다.

황정아(『우주날씨 이야기』 저자, 한국천문연구원 책임연구원, 과학기술연합대학원대학교 교수)
깐깐한 여성 물리학자의 친절한 물리 입문서
요리와 물리의 공통점은 무엇일까? 완벽을 추구하면 어렵지만, 그래도 기본만 지키면 어느 정도는 결과물이 나온다는 것이 아닐까? 이 책은 요리와 물리 모두에 진심인 깐깐한 여성 물리학자의 친절한 물리 입문서다. 이 책으로 일반물리를 접한 독자들은 행운아다. 평생 물리 교육 현장에 있던 저자의 경험과 학생들에 대한 깊은 애정으로, 마치 엄마와 자녀의 다정한 대화처럼 물리를 풀어내고 있기 때문이다. 물리는 물론 어렵지만 이 책은 재미있다.

들어가며

01. 달리는 탑차에서 쏜 광선의 속력이 변하지 않는다구요? [특수상대성이론의 기본 가정/동시성의 상대성]
02. 빨리 뛸수록 나이를 덜 먹을 수 있다구요? [특수상대성이론_시간 지연]
03. 빨리 뛸수록 홀쭉해 보인다구요? [특수상대성이론_길이 수축]
04. 우주여행을 다녀오면 진짜 덜 늙는다구요? [특수상대성이론_쌍둥이 역설/시공간]
05. 빨리 뛸수록 홀쭉해지는 동시에 무거워진다구요? [특수상대성이론_질량 증가_질량ㆍ에너지 등가]
06. 중력장에서 빛이 휜다구요? [일반상대성이론_등가원리]
07. 슈퍼스타, 알베르트 아인슈타인 [Albert Einstein, 1879~1955]
08. 귀 체온계가 더 정밀하다구요? [흑체복사]
09. 양자의 아버지, 막스 플랑크 [Max Planck, 1858~1947]
10. 태양광만 이용해서 세계 일주 비행을 했다구요? [광전효과]
11. 골밀도 측정 원리에도 양자역학이 필요하다구요? [콤프턴효과]
12. 전자를 따라가면 입자고, 따라가지 않으면 파동이라구요? [물질파]
13. 프랑스 공작, 루이 드 브로이 [Louis de Broglie, 1892~1987]
14. 정지한 물체의 위치를 정확히 알 수 없다구요? [불확정성원리_위치-운동량]
15. 모든 물리량이 변하지 않아야 에너지를 정확히 측정한다구요? [불확정성원리_에너지-시간]
16. 양자역학을 창시한 청년, 베르너 하이젠베르크 [Werner Heisenberg, 1901~1976]
17. 보어의 원자모형에서 전자는 특정한 궤도에만 있을 수 있다구요? [톰슨 → 러더퍼드 → 보어의 원자모형]
18. 보어의 원자모형에서 전자는 정상파라구요? [보어의 원자모형과 물질파/상보성원리/대응원리]
19. 고전물리와 양자물리의 가교자, 닐스 보어 [Niels Bohr, 1885~1962]
20. 신도 주사위 놀이를 한다구요? [파동함수 해석]
21. 양자역학을 창시한 또 다른 한 명, 에르빈 슈뢰딩거 [Erwin Schr?inger, 1887~1961]
22. 고양이가 동시에 살았을 수도 있고, 또 죽었을 수도 있다구요? [슈뢰딩거의 고양이]
23. 양자세계에서는 벽을 통과할 수 있다구요? [터널링 현상]
24. 치밀한 수리물리학자, 막스 보른 [Max Born, 1882~1970]
25. 양자세계에서 용수철 진자는 가만히 있을 수 없다구요? [단조화진동자]
26. 원자 속 전자가 구형으로만 분포하는 것이 아니라구요? [수소원자 전자확률분포]
27. 자기장과 나란한 방향의 각운동량만 양자화가 된다구요? [궤도(자기)양자수/제이만효과]
28. 전자는 자전하지 않는다구요? [스핀(자기)양자수]
29. 궤도각운동량의 양자화를 입증하려다 스핀을 확인했다구요? [슈테른-게를라흐 실험]
30. 똑같은 전자는 함께 있을 수 없다구요? [배타원리와 주기율표]
31. 전자가 너무 많아 쿨롱 인력이 약해진다구요? [원자의 전자배열]
32. 물리학의 양심, 볼프강 파울리 [Wolfgang Pauli, 1900~1958]
33. 광자 하나를 보내 2개를 얻는다고요? [레이저 원리와 응용]
34. 하나 더하기 하나가 둘이 아니라구요? [원자핵 결합에너지]
35. 원자핵에도 매직넘버가 있다구요? [원자핵모형]
36. 중성자가 양성자로 변할 수 있다구요? [방사성 붕괴/반감기]
37. 방사능 연구의 선구자, 마리 퀴리 [Marie Curie, 1867~1934]
38. 화재경보기가 핵붕괴를 이용한 거라구요? [핵반응]
39. MRI가 원래는 ‘핵’이 들어간 NMRI라구요? [MRI/핵분열/핵융합]
40. 힘을 전달하는 입자들이 있다구요? [네 가지 기본 힘/표준모형]