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교양과학 이야기. 이 책은 시대순으로 과학사를 통틀어 중요하고 핵심적인 175개의 이론과 원리, 법칙이 담겨 있다. 인류의 역사에서 문명과 시대를 앞서가며 뜨거운 논쟁을 불러일으켰던 과학 쟁점들을 통해 과학사를 흥미롭게 풀어내고 있다.

《과학지도 그리기》에서는 피타고라스의 정리부터 베이컨의 과학적 방법, 파스칼 원리와 가우스 법칙, 나비효과와 상대성 이론에 이르기까지 과학자들의 에피소드와 함께 과학적 발견과 발명의 원리를 간단하게 소개한다.

‘내게서 멀기만 한’ 과학! 어디서부터 시작해야 할까?
과! 학!
알고는 싶고 알아두면 좋은 건 알지만, 부담없이 다가가기엔 너무나 어마어마해 보이는 그 세계! 아인슈타인과 스티븐 호킹이 위대한 과학자라고들 하는데, 정작 그들이 이룬 과학적 성과는 잘 모르는 현실! …… 복잡한 공식과 기호 없이도 과학사의 중요한 개념과 이론들을 정리해 주는 책이 있다면 얼마나 좋을까?

175개 핵심 이론으로 배우는 『과학 지도 그리기』
이 책에는 과학사를 통틀어 가장 중요하고 핵심적인 175개 이론, 원리, 법칙이 담겨 있다. 인류의 지난 역사에서 문명과 시대를 앞서가며 뜨거운 논쟁을 불러일으킨 과학 쟁점들이 빠짐없이 수록돼 있다.
이 책의 구성상 가장 큰 장점은 바로 ‘시대순’ 나열이라는 것이다. 과학의 개념이나 이론들은 어느 한순간 툭 튀어나오는 것이 아니라, 마치 ‘진화’와도 같이 수천 년의 세월을 거치며 기존의 이론과 개념에 대해 이해하고 논박하고 개선해 나가는 과정에서 정립된다. 고대 그리스에서 현대의 21세기까지 시대순으로 과학의 중요 사건들을 배열한 이 책은 오늘날이 있기까지 과학이 지나온 길을 간결하게 보여준다. 맨 처음에 등장하는 ‘피타고라스의 정리’와 맨 마지막의 ‘통일장 이론’은 그 둘 사이에 엄청난 격차가 있는 듯 보이지만, 이 책을 성실히 읽어내는 독자라면 오늘날 과학계가 어떠한 우여곡절 끝에 통일장 이론의 연구에까지 도달하게 되었는지 충분히 이해할 수 있을 것이다.

유쾌한 ‘호킹 따라 하기’
스티븐 호킹은 『시간의 역사A Brief History of Time』(1988)라는 책을 내놓으면서 대중들이 어려워하지 않도록 아인슈타인의 E=mc2 정도 외에는 되도록이면 수학 공식을 쓰지 않아 두고두고 화제가 된 바 있다. 이 책의 지은이 슈렌드라 버마Surendra Verma 역시 호킹의 뒤를 밟았다. 공식보다는 말로 풀어 쓰고, 또 말로 풀어 써도 어려울 것 같으면 어느새 공식 얘기는 뒤로하고 은근슬쩍 과학자에 얽힌 뒷얘기로 넘어가는 지은이의 능청스러움은 ‘친근한 과학’, ‘유쾌한 타임머신 여행’이라는 이 책의 모토를 더욱 실감 나게 해준다.

과학에도 뒷얘기가 있다
오늘날의 기준으로 보자면, 너무나 당연하고 부정할 수 없는 과학적 사실들이지만, 그것을 알아내기까지 과학자들은 온갖 역경을 이겨내야 했다. 때로는 측정 장치의 미발달로, 때로는 사회적인 통념이라는 벽에 부딪혀 좌절하기도 했지만, 이들의 감동적인 성공은 성공대로, 쓰디쓴 실패는 또 실패대로 다른 동료와 후배 과학자들에게 귀중한 단서를 제공하는 역사적인 역할을 해냈다. 하나의 과학 이론, 법칙, 개념을 정립하기까지 과학자들이 벌인 좌충우돌 행보와 거듭되는 실험 이야기를 따라가다 보면, 어느새 과학의 세계에 한 걸음 더 다가가 있는 독자 자신을 발견하게 될 것이다.

청소년부터 성인까지, 모두들 과학의 지도를 그려보자!
이 책은 과학이 어렵게 느껴지는 중·고등학교 청소년들에게도, 학창 시절에 과학을 배웠으되 학창 시절 추억으로만 남겨놓은 ‘바쁜’ 성인들에게도 즐겁고 유쾌한 과학의 ‘경험’을 제공해 준다. 하나하나 조각난 퍼즐 같지만, 책을 덮는 순간 독자의 머릿속에는 흐릿하게나마 과학의 지도 한 장이 펼쳐지게 될 것이다.
상식과 전문성의 영역을, 정사正史와 야사野史의 영역을 아슬아슬 넘나드는 독특한 과학책의 세계로 여러분을 초대한다.

삼각측량의 시발점이 되다 - 피타고라스의 정리
아킬레우스는 거북이를 앞지르지 못한다 - 제논의 역설
물질은 원자와 빈 공간으로 이루어져 있다 - 데모크리토스의 원자 이론
서양 의학의 기초가 된 책 - 히포크라테스 전집
기하학의 경전 - 유클리드기하학
부력의 법칙 - 아르키메데스의 원리
원주와 그 지름의 비 - π
지구를 재다 - 에라토스테네스의 지구 둘레 측정
모든 천체들이 지구를 중심으로 돈다 - 프톨레마이오스의 천동설
황금률의 신기한 수열 - 피보나치의 수
간단한 게 좋은 것이다 - 오컴의 면도날
지구가 태양 주위를 돈다 - 코페르니쿠스우주
우주도 변한다 - 브라헤의 변화하는 우주 이론
지구는 하나의 자석이다 - 길버트의 자기 이론
동방박사가 본 것은 행성이다 - 베들레헴의 별
우주의 중심은 태양이다 - 케플러의 행성 운동 법칙
과학은 관찰과 실험으로 이루어져야 한다 - 베이컨의 과학적 방법
〔과학 개념 길라잡이〕 과학 분야의 연구 방법
파동이 휘는 정도는 굴절 물질과 관계있다 - 스넬의 법칙
혈액은 심장의 박동으로 몸 전체를 순환한다 - 하비와 혈액 순환
낙하 운동은 등가속 운동이다 - 갈릴레오의 낙하 운동 법칙
그래도 지구는 돈다 - 태양계에 대한 갈릴레오의 개념
미지의 수학 정리, 350여 년 만에 풀리다 - 페르마의 마지막 정리
유체에 의한 힘 전달 메커니즘을 밝히다 - 파스칼의 원리
공기도 압력을 가할 수 있다 - 게리케의 반구 실험
무작위 사건의 특정 결과가 나올 가능성 - 확률 이론
힘이 셀수록 탄성체의 변형도 심해진다 - 훅의 탄성의 법칙
기체의 부피와 압력의 관계를 밝히다 - 보일의 법칙
생물은 우연히 생겨나지 않는다 - 레디의 자연발생설 오류 증명
미적분의 체계를 만들다 - 라이프니츠의 미적분
생물 분류의 기본 단위를 정의하다 - 레이의 종 개념
우주 상의 모든 물체는 서로 끌어당긴다 - 뉴턴의 만유인력의 법칙
고전역학의 핵심 원칙을 세우다 - 뉴턴의 운동 법칙
빛은 일종의 파장이다 - 하위헌스의 원리
식물은 일주기성 리듬을 가진다 - 생물학적 시계
생물의 이름을 붙이는 규칙 - 린네의 분류 체계
기체는 빠르게 움직이는 입자들로 구성돼 있다 - 기체의 동역학 이론
기체의 흐름이 빠를수록 압력은 감소한다 - 베르누이의 원리
물이 얼고 끓는 온도 사이를 100 등분 하다 - 섭씨온도
물이 담긴 용기에 전기를 저장할 수 있다 - 라이덴의 용기
태양계 행성들의 거리를 알려주다 - 보데의 법칙
광합성의 비밀을 밝히다 - 잉엔하우스의 광합성 이론
〔과학 개념 길라잡이〕 지구에서 우주로, 점점 확대되는 세계관
전기력에 관한 힘의 법칙 - 쿨롱의 법칙
현재는 과거를 푸는 열쇠다 - 허턴의 균일론
기체의 열팽창 법칙을 발견하다 - 샤를의 법칙
물질의 연소는 물질이 산소와 결합하는 것 - 라부아지에의 질량 보존의 법칙
전류를 발견하다 - 갈바니와 볼타의 전류에 대한 개념
열과 일은 같은 개념이다 - 럼퍼드의 열 이론
인구와 식량 사이의 불균형은 필연적이다 - 맬서스의 인구 이론
화합물을 구성하는 원소의 질량비는 일정하다 - 프루스트의 일정성분비의 법칙
혼합기체의 전체 압력은 부분압력의 합 - 돌턴의 부분압력의 법칙
두 개의 동일한 파장이 만나면 간섭을 일으킨다 - 영의 간섭 원리
구름은 그 형태로 분류할 수 있다 - 하워드의 구름 분류
모든 물질을 원자라는 최소 단위로 결합돼 있다 - 돌턴의 원자 이론
화학 반응 전후의 기체 부피에는 정수비가 성립한다 - 게이뤼삭의 기체 반응의 법칙
획득형질은 유전된다 - 라마르크의 이론
분자는 화합물의 성질을 가진 최소 단위다 - 아보가드로의 법칙
전기의 흐름은 자기장을 만들어낸다 - 외르스테드의 전자기장 이론
밤하늘이 컴컴한 이유는 무엇인가 - 올베르스의 역설
열기관의 최고 열효율을 가늠해본다 - 카르노순환
전류에 의해 생기는 자기장을 정량화하다 - 앙페르의 법칙
전류는 전압에 비례하고 저항에 반비례한다 - 옴의 법칙
〔과학 개념 길라잡이〕 전기의 정체를 규명하라
유체 위에 떠 있는 미소 입자의 불규칙한 운동 - 브라운운동
동일과정설을 일반화하다 - 라이엘의 균일설
자석에서 전기를 만들어내다 - 패러데이의 전자기 유도 법칙
가벼운 기체가 빨리 확산된다 - 그레이엄의 확산의 법칙
전기장의 세기를 구한다 - 가우스의 법칙
새로운 대수학의 실마리를 제공하다 - 갈루아의 이론
소화 과정의 비밀을 풀다 - 보몬트의 위액에 대한 실험
최초의 자동 디지털 컴퓨터를 고안하다 - 배비지의 계산기
전기화학과 도금 산업의 기초가 되다 - 패러데이의 전기 분해의 법칙
지구의 자전 탓에 생기는 가상의 힘을 발견하다 - 코리올리의 힘
처음으로 빙하기의 존재를 상정하다 - 아가시의 빙하기 이론
석탄과 흑연은 같은 원소로 돼 있다 - 베르셀리우스의 동소체 개념
기적 소리의 높낮이가 변하는 이유 - 도플러효과
열 또한 에너지다 - 열역학 제1법칙
흑점은 11년을 주기로 변화한다 - 흑점 순환 주기
열량을 역학적 에너지로 환산하다 - 줄의 열의 일당량
다중순환회로에 대한 법칙을 세우다 - 키르히호프의 법칙
최저 온도의 하한선 - 절대 영도
광속을 처음으로 측정하다 - 피조의 빛의 속도 측정을 위한 실험
지구의 자전을 증명한 추 - 푸코의 진자
에너지 전환은 엔트로피가 증가하는 방향으로만 일어난다 - 열역학 제2법칙
근대 구조화학의 토대를 이루다 - 프랭클랜드의 원자가 이론
컴퓨터 회로 설계의 기초가 되다 - 불의 논리
생물은 진화한다 - 다윈의 진화론
〔과학 개념 길라잡이〕 진화에서 DNA까지
원소는 고유한 파장의 빛을 방출한다 - 키르히호프·분젠의 분광 이론
전자기학의 기초가 되는 미분방정식 - 맥스웰방정식
유전학의 기초를 놓다 - 멘델의 유전의 법칙
미생물은 자연발생이 아니다 - 파스퇴르의 질병의 세균병인설
벤젠 분자 구조의 비밀을 밝히다 - 케쿨레의 유기화합물 이론
원소들을 정렬하고 원소들을 예견하다 - 멘델레예프의 주기율표
광원의 온도가 높을수록 표면적에서 방출하는 에너지도 세다 - 슈테판·볼츠만의 법칙
유체가 난류와 층류로 나뉘는 경곗값을 구하다 - 레이놀즈의 수
산·염기 등이 물에 용해되면 이온으로 전리된다 - 이온 해리에 대한 아레니우스의 이론
전자기파의 존재를 증명하다 - 헤르츠의 전파
빛의 속도는 항상 같다 - 마이컬슨과 몰리의 실험
유체의 속도와 음속의 비 - 마하
변화가 생기면 평형 상태로 돌아가려 한다 - 르샤틀리에의 법칙
송전에는 직류보다 교류가 월등하다 - 테슬라의 교류에 대한 이론
영화 카메라의 원형을 만들다 - 프리즈그린의 마법 상자
유도전류 및 자기장 속의 도선이 받는 힘의 방향 - 플레밍의 법칙
움직이는 물체는 수축되어 보인다 - 로런츠·피츠제럴드의 수축
〔과학 개념 길라잡이〕 전자기 연구에서 아인슈타인까지
화학 반응 속도를 증가·감소시키는 물질 - 오스트발트의 촉매 이론
의학과 물리학의 혁신을 이룬 발견 - 뢴트겐의 X선
지구의 온도가 점점 올라가고 있다 - 온실 효과
전자의 존재를 증명하다 - 톰슨의 원자 모형
방사능을 발견하다 - 퀴리 일가의 역청우란석에 관한 실험
에너지는 양자 단위로 흐른다 - 양자 이론
혈액형을 발견하다 - 란트슈타이너의 혈액형 이론
자연과학으로 뇌의 작용을 연구하다 - 파블로프의 조건 반사
질량과 에너지는 하나다 - E=mc2
공간도 시간도 상대적이다 - 특수 상대성 이론
〔과학 개념 길라잡이〕 고전역학의 세계
전자의 전하량을 측정하다 - 밀리컨의 기름방울 실험
용액의 산성도를 가늠하는 척도 - pH 값
전기 저항이 0에 가까워지는 현상 - 초전도
(+)를 띤 원자핵 주위를 전자가 돈다 - 러더퍼드의 원자 모형
파장 측정과 결정의 격자 간격을 알아낸다 - 브래그의 법칙
최초의 양자역학적 원자 모형 - 보어의 원자
대륙들이 갈라진 채로 움직이고 있다 - 베게너의 대륙이동설
시공간은 상대성을 띠며, 물체의 존재에 영향을 받는다 - 일반 상대성 이론
산은 다른 화합물에 양성자를 준다 - 브뢴스테드·로리의 산, 염기 정의
전자도 파동의 특성을 가진다 - 드브로이파장
절대 영도에 근접하면 입자들이 하나의 양자 상태가 된다 - 보스·아인슈타인 응축체
한 원자 내 2개의 전자는 동일 상태에 있을 수 없다 - 파울리의 배타 원리
〔과학 개념 길라잡이〕 원자에 대한 탐구
양자역학의 기반이 된 파동방정식 - 슈뢰딩거방정식
양자역학의 철학적 원리 - 하이젠베르크의 불확정성 원리
모든 입자에는 반물질이 있다 - 디랙의 반물질 이론
뇌도 전기적 신호를 낸다 - 베르거의 뇌파 실험
은하가 지구로부터 멀어지고 있다 - 허블의 법칙
별은 질량에 따라 다른 일생을 산다 - 찬드라세카르한계
질량 0인 입자가 매초 우리의 몸을 통과한다 - 파울리의 중성미자 가설
양자역학의 원리를 분자 구조에 최초로 적용하다 - 폴링의 화학 결합 이론
하나의 자극만을 지닌 입자 과연 있을까 - 디랙의 단극자석 개념
수학의 불완전성을 증명하다 - 괴델의 불완전성 정리
원자폭탄 개발의 기본이 된 삼중수소를 만들다 - 올리펀트의 수소 동위원소 개념
지진의 규모를 가늠하다 - 리히터지진계
생명체는 원시 대기의 무기화합물에서 출발했다 - 오파린의 생명의 기원에 대한 가설
컴퓨터의 이론적인 기초가 되다 - 튜링기계
원자핵이 분열되면 대량의 에너지가 방출된다 - 핵분열
수소의 핵융합 반응이 별의 에너지를 생성한다 - 베테의 별의 에너지 생성 이론
우라늄보다 무거운 원소들은 인공적으로 만들어진다 - 초우라늄 원소
로봇은 인간을 해쳐서는 안 된다 - 아시모프의 로봇 3원칙
경쟁 상황에서 사람들은 어떻게 행동하는가 - 게임 이론
생물체의 연대를 추정할 수 있다 - 탄소 연대 측정
시스템의 제어와 통신을 연구하다 - 위너의 사이버네틱스
우주는 고온·고밀도의 한 점이 대폭발하면서 시작되었다 - 빅뱅 이론
우주는 늘 같은 상태를 유지하며 변하지 않는다 - 정상우주론
일은 항상 잘못된 방향으로 전개된다 - 머피의 법칙
〔과학 개념 길라잡이〕 우주는 어떻게 변화해왔는가?
태양계 최외곽엔 먼지와 얼음으로 된 둥근 띠가 있다 - 혜성의 오르트구름
혜성의 구조를 규명하다 - 휘플의 혜성 이론
생명체의 유전·복제 메커니즘을 밝히다 - DNA의 이중나선 구조
X선 분석으로 거대 유기물 분자를 규명하다 - 호지킨의 생물학적 분자 구조
반전성이 항상 보존되지는 않는다 - 리정다오·양전닝의 반전성 개념
원소는 핵합성을 통해 만들어진다 - 호일의 원소의 기원에 대한 가설
광합성의 순환 과정을 밝히다 - 광합성에서의 캘빈사이클
항체의 분자 구조를 밝히다 - 항체의 화학 구조
암은 세포 내 DNA의 변형에 의해 발생한다 - 호스폴의 암 이론
외계 문명의 수를 공식화하다 - 드레이크방정식
화학 물질의 위험을 경고하다 - 카슨의 환경오염 이론
나비의 날갯짓으로 날씨가 변할 수도 있다 - 나비 효과
양성자·중성자보다 더 작은 물질이 있다 - 겔만의 쿼크 이론
반도체의 집적도가 18개월마다 2배씩 는다 - 무어의 법칙
〔과학 개념 길라잡이〕 20세기 과학의 패러다임, 양자역학
블랙홀도 그다지 검지 않다 - 호킹의 블랙홀 이론
오존층이 파괴되고 있다 - 오존의 감소에 대한 이론
지구는 하나의 거대 생물체와 같다 - 가이아 가설
공룡은 어떻게 멸종되었을까 - 소행성 충돌에 의한 공룡멸종설
탄소 원자 60개가 한데 엮여 있다 - 풀러린
모든 인류는 한 여성에게서 나왔다 - 이브 가설
HTML과 URL을 만들다 - 버너스리의 웹 개념
의식도 과학적으로 연구한다 - 크릭의 의식에 대한 가설
토스트가 떨어질 때 버터를 바른 면이 바닥에 닿는다 - 굴러 떨어지는 토스트 이론
포유류를 복제하다 - 동물 복제 실험
지구 역사 중 가장 춥고 혹독한 시기 - 스노볼 지구 이론
대략적인 추측으로도 해결책을 찾는 데 유용하다 - 페르미문제
〔과학 개념 길라잡이〕 시공간도 휠 수 있다
세상의 모든 물리 현상을 설명하고자 한다 - 통일장 이론

원의 둘레 길이와 지름의 비에 대한 가장 오래된 문헌은 기원전 1650년경에 쓰인 이집트의 파피루스지만, 처음으로 비교적 정확한 값을 계산한 사람은 아르키메데스였다. 그는 π가 3과 1/7에서 3과 10/71 사이의 값, 또는 3.142에서 3.141 사이의 값을 갖는다고 했는데, 이는 소수점 둘째 자리까지 정확하게 맞춘 것이었다. 18세기 스위스의 수학자인 레온하르트 오일러(Leonhard Euler, 1707~1783)가 최초로 원둘레를 뜻하는 그리스어의 첫 글자를 따서 π라는 기호를 사용했다. 인공위성을 설계하는 데는 겨우 π의 소수점 이하 10자리 이내만 정확하게 알면 되지만, 몇몇 수학자들은 정확한 π값을 구하는 것을 평생의 업으로 삼고 있다. 2002년, 가나다 야스마사(金田康正, 1949~)는 도쿄대학교의 슈퍼컴퓨터를 사용해 π의 값을 구했다. 컴퓨터는 1,024기가바이트(gigabyte)의 메모리로 602시간 동안 작동해 소수점 이하 124,100,000,000자리까지 계산했다.
- ‘파이(π)’ 중에서

갈릴레오가 이 법칙을 증명하기 위해 피사의 사탑 꼭대기에서 무거운 물체와 가벼운 물체를 떨어뜨렸다는 일화가 있다. 이 일화는 아마도 꾸며낸 이야기겠지만, 1971년에 아폴로 15호의 우주비행사들이 달에서 갈릴레오의 실험을 재수행한 것은 분명하고도 유명한 사실이다. 우주비행사 데이비드 스콧(David Scott, 1932~)은 깃털과 망치를 같은 높이에서 떨어뜨렸더니 두 물체가 동시에 땅에 닿았다. 갈릴레오가 옳았음이 증명된 것이었다.
- ‘갈릴레오의 낙하 운동 법칙’ 중에서

옛사람들은 지구가 평평하다고 생각했다. 오늘날의 기준으로 보면 우스갯소리겠지만, 당시에는 배를 타고 한참 가다 낭떠러지를 만나면 배가 수직으로 고꾸라진다는 얘기가 신빙성 있게 믿어지곤 했다.
그러다가 지구는 둥글다고 주장한 학자들이 나타난 건 기원전 6세기쯤이었다. 탈레스나 피타고라스, 에라토스테네스 등이 그 주인공들이다.
기원후 2세기의 프톨레마이오스 역시 지구가 둥글다는 이들의 견해에 동조한 바 있다. 그러나 프톨레마이오스는 공 모양의 지구가 이 우주의 핵이라고 생각하고 있었다. 그래서 지구가 우주의 중심에 확고히 자리잡고 있고, 달과 수성, 목성, 심지어 태양마저 지구의 주위를 돈다고 생각했다. 당시로서는 지구가 우주의 중심이 아니라는 생각과, 별들이 천구에 박혀 있는 것이 아니라 운동을 한다는 사실을 도저히 믿을 수 없었던 것이다. 그래서 천문학자들은 1,400년 동안이나 천동설을 받들었다.
- ‘과학 개념 길라잡이 - 지구에서 우주로, 점점 확대되는 세계관’ 중에서

사람이 유인원에서 진화했다는 의견을 들은 어느 주교 아내의 반응은 다음과 같았다고 한다. “그것은 사실이 아니라고 생각해요. 만일 그것이 사실이라면 세상에 알려지지 않길 바라야겠지요.”
이것은 1859년, 다윈의 기념비적 작품인 『자연선택에 의한 종의 기원에 대하여 On the Origin of Species by means of Natural Selection』(줄여서 『종의 기원』)이 출판되었을 때 사람들이 보인 격렬한 반응의 한 예다. 이 책은 출간된 첫날 모두 팔렸으며, 이후로 계속해서 출간되고 있다. 많은 사람들이 진화론을 강하게 반대했다. 모든 생물체는 오늘날 존재하는 모습대로 신이 창조했고 어떠한 변화도 겪지 않았다는 종교적인 믿음과 충돌한다고 생각했기 때문이다. 다윈의 이론은 끊임없이 사회적, 과학적 논쟁을 불러일으켰다.
- ‘다윈의 진화론’ 중에서

고전역학적 입장에서는 고양이는 죽었든 살았든 어느 한 가지로 결정되었다고 본다. 그러나 양자역학에서는 우리가 그것을 관찰하기 전까지는 어떤 것도 결정되어 있지 않다고 이야기한다. 즉 우리의 ‘관측 행위’ 자체가 결과에 영향을 준다는 비결정론적 입장인 것이다. 그러나 과연 고양이는 상자를 열기 전까지 산 것도 죽은 것도 아닌 상태일까? 이 역설은 여전히 풀리지 않았다.
- ‘슈뢰딩거방정식’ 중에서