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소피의 세계를 능가하는 소설 같은 과학 이야기

과학자들의 이야기를 소설 형식을 통해 풀어낸『이야기 과학사』. 과학자들이 최초의 아이디어를 떠올리는 순간부터 세기의 발견과 발명으로 거듭나기까지의 과정을 흥미롭게 풀어낸다. 갈릴레이와 뢴트겐의 실험실에서부터 다양한 상황을 설정해 과학에 쉽게 접근할 수 있도록 구성했다.

《청소년을 위한 이야기 과학사》는 개구리 뒷다리를 통해 알게된 생리적 전기 존재 인식과 망치질하는 인부를 보고 알게 된 속도와 시간의 법칙, 다이아몬드와 소금 등 결정체를 이용한 전기 실험 등 다양한 과학 실험을 수록했다. 또한 과학 이론과 과학사적 의미를 한눈이 읽는 과학사라는 꼭지로 정리하고 꼭 알아야 할 인물들과 개념어들은 작은 사전을 통해 익힐 수 있도록 했다.

《소피의 세계》를 능가하는 소설 형식의 과학 이야기!
―낡은 생각에 도전한 발견?발명의 순간

오늘날 우리의 문명도, 다가올 미래의 사회도 과학의 발전에 크게 빚지고 있다. 아마도 행성의 궤도와 운동법칙을 발견한 케플러가 없었다면 우주여행은 꿈도 꿀 수 없었을 것이다. 그리고 그 케플러의 업적도 피사의 사탑에서 자유낙하 실험을 하고, 최초로 망원경을 우주로 돌렸던 갈릴레이가 없었다면 불가능했을 것이다. 그뿐만이 아니다. 최첨단 과학으로 불리는 뇌과학, 반도체 공학, 나노 공학 등의 발전도 남들이 의심하지 않는 것을 의심하고, 치밀하고 끈질긴 실험으로 밝혀낸 과학자들이 있었기에 가능했다. 그렇기에 뉴턴과 같은 대학자조차 “내가 다른 사람보다 멀리 보았다면 그것은 내가 거인의 어깨 위에 서 있었기 때문이다”라는 말로 선대 과학자들에게 머리를 숙이는 것이다.
이렇듯 과학의 위대한 발견?발명은 한 천재 과학자만의 공로로 이뤄진 것이 아니다. 과학을 제대로 이해하기 위한 가장 좋은 방법이 ‘과학사’인 것은 그 때문이다. 《청소년을 위한 이야기 과학사》는 과학자들이 최초의 아이디어를 떠올리는 순간부터 세기의 발견?발명으로 거듭나기까지의 과정을 소설 형식으로 구성했다. 《소피의 세계》 과학 버전이라고 할 만하다. ‘갈릴레이의 낙하 법칙은 이렇고, 뢴트겐의 X선 발견은 저렇고’ 하는 식이 아니라 그런 인식에 이르기까지의 과학자들의 탐구 과정과 자신의 이론을 증명하기 위해 실험을 설계하는 장면들을 직접 보여준다. 복잡한 이론, 어려운 수학 공식 대신 위대한 과학자들의 생각의 흐름을 좇아가다 보면 과학자들의 진정한 아이디어와 과학적 사고를 이해할 수 있을 것이다.

꼬리에 꼬리를 무는 위대한 과학자들의 아이디어 릴레이
: 과학을 제대로 이해하려면 과학사를 보라!

오늘날 우리는 과학의 압축된 결과만을 보게 마련이다. 그래서 과학이라면 으레 복잡하고 어려울 것이라고 생각하기 십상이다. 그러나 그 결과가 나오기까지의 과정을 들여다보면, 아니 그 첫순간을 들여다보면 위대한 발견?발명의 씨앗이 우리 주변의 일상생활 속에서 싹텃음을 알 수 있다. 게다가 과학의 발전은 기존 과학자들의 연구 토대 위에서 한 걸음씩 조금 더 앞으로 나아가는 것에 다름 아니라는 것을 발견하게 된다. 이 책에서는 복잡한 과학 이론을 시간순으로 나열하는 ‘과학사’가 아니라, 꼬리에 꼬리를 물고 이어지는 과학자들의 생각을 통해 과학사 이야기를 들려준다.

망치질 하는 인부가 가르쳐준 속도?시간의 법칙
부둣가 건설 현장에서 드롭해머(본문 25쪽 그림)로 말뚝을 박는 사람들을 지켜보던 갈릴레이는 고개를 갸웃거린다. 눈으로 확인할 수 있는 것은 드롭해머가 높은 곳에서 떨어질수록 더 큰 속력으로 기둥에 충돌한다는 것, 그리고 기둥을 그만큼 더 바닥으로 밀어넣는다는 것이다. 그런데 그가 의심을 품었던 것은 드롭해머의 높이가 5미터건, 10미터건, 15미터건 상관없이 모두 1초 만에 떨어진다는 것이었다. 실제로 그렇게 된다면 심지어 무한한 거리도 순식간에 낙하할 수 있다는 것인데, 실제로는 그렇게 되지 않기 때문이다. 그러니까 기존에 알고 있던 높이가 2배, 3배가 되면 속도도 2, 3배가 된다는 것도 말이 안 되는 것이었다. 갈릴레이는 자신의 머릿속 실험을 증명하기 위해 점프대(본문 28쪽 그림)라는 실험 도구를 만들었다. 그리고 이를 통해 갈릴레이는 낙하 법칙을 설명할 수 있었다. 이 실험을 통해 그는 낙하 거리가 4배가 되면 속도는 2배가 되고, 16배가 되면 속도는 4배가 된다는 것을 발견했다(본문 24~30쪽).

전기를 알려준 개구리 뒷다리
갈바니 교수는 근처에서 전기 스파크가 일면 죽은 개구리가 움찔거린다는 것을 발견했다. 이를 통해 그는 동물의 몸속에 동물 전기(오늘날 이를 생리적 전기라고 부른다)가 존재한다는 사실을 증명하려고 했다. 그러던 어느날 갈바니는 평소와 마찬가지로 옥상 위에 널어놓았던 개구리를 걷어들이다 철사를 대자 개구리가 움찔거리는 것을 발견했다. 실험실로 돌아와 개구리의 신경과 뒷다리 끝을 철사로 연결하자 개구리가 뛰었다. 새끼양도 마찬가지였다. 마침내 동물 전기의 존재를 증명한 것이다.
그러나 갈바니의 이런 생각이 증명된 것은 1842년의 일이다. 동물 몸속의 전기는 전압이 극히 낮기 때문이다. 갈바니의 실험에서의 전기는 사실 생리적 전기와는 아무런 관련이 없었다. 그럼에도 갈바니의 실험이 중요한 것은 오늘날의 뇌과학이나 신경정신학에 다루고 있는 생리적 전기의 존재를 처음으로 인식하고, 후배 학자들에게 길을 열어놓았다는 데 있다. 또한 당대의 과학자 볼트가 전기의 실체를 규명하고 축전지를 만드는 데 큰 영향을 주었다는 것이다(본문 101~107쪽).

우연을 필연으로 바꾼 과학자, 뢴트겐
X선을 발견한 뢴트겐은 ‘모든 것이 우연이었다’라고 밝혔다. 그러나 뢴트겐의 이전 경력을 살펴본다면 그저 우연이라고만 할 수는 없는 사실을 발견할 수 있다. 그는 처음 증기기관을 연구했고, 기계 제작 엔지니어로 활동했다. 이어서 전기 이론을 공부했고 진공관 속에서의 빛의 흐름에 관심을 가지게 되었다.
뢴트겐이 X선을 발견할 당시 사람들의 관심사는 인간의 몸속의 들여다볼 수 있다는 사실이었다. 그러나 X선을 유명하게 만든 사람들은 의사들이었다. 그들은 총상을 입은 환자의 몸에서 총알을 빼내고, 위나 대장 같은 인간 장기의 이상을 확인하는 도구로서의 X선에 주목하고 이를 활용했던 것이다. 오늘날에는 X선의 범위가 훨씬 더 커지고 있다. 자동차나 선박 같은 기계의 연결 부위가 제대로 접합되었는지 알기 위해 X선을 사용하고 있는 것이다(본문 153~166쪽).

소설 같은 이야기, 풍부한 도판, 꼭 알아야 할 용어 설명까지 한번에

이 책에서는 갈릴레이와 뢴트겐의 실험실뿐만 아니라, 다양한 상황을 설정해 과학에 보다 친근하게 접근할 수 있게 도와준다. 다이아몬드, 소금 등 결정들이 직접 등장하는가 하면, 2030년의 가상공간을 설정해 핵물리학에 대해 설명하기도 한다.
그 외에도 중요 이론과 과학사적 의미를 ‘한눈에 읽는 과학사’라는 꼭지로 정리했고, 꼭 알아야 할 인물과 개념어들은 ‘작은 사전’을 통해 익힐 수 있도록 했다. 뿐만 아니라 과학자들의 실험 도구와 노트, 복잡한 내용을 눈으로 직접 확인할 수 있도록 풍부한 도판이 곁들여져 있어 보다 쉽고 재미있게 과학에 접근할 수 있을 것이다.
이렇듯 청소년의 눈높이에서 과학을 설명할 수 있었던 것은 모두 현재 뮌헨 독일박물관 자연과학 책임자이자, 사회교육원 원장인 위르겐 타이히만이기에 가능한 것이다. 저자는 일선 학교에서 수학, 물리학 교사로 재직한 바 있으며, 사회교육원 내에서도 과학사와 자연과학을 재미있게 강의하기로 정평이 나 있다. 이번 책에서도 소설 형식의 과학사 이야기를 통해 청소년들이 과학의 세계에 큰 흥미를 느끼며 첫발을 내디딜 수 있게 한다.

책/따/세, 간행물윤리위원회, 대한출판문화협회가 선정한 우수 권장도서

그간 출간된 ‘청소년을 위한 이야기’ 시리즈의 세계사?윤리학?정치학?전쟁과 평화?종교학은 모두 책/따/세, 대한출판문화협회, 간행물윤리위원회 등에서 추천하는 도서로 선정된 바 있다. 교과서에 묶인 지식이 아니라, 청소년 스스로 자유롭고 비판적으로 사고하고 해답을 찾아낼 수 있도록 한 이 시리즈의 가치를 높게 평가한 것이다.
이번에 출간된 《청소년을 위한 이야기 과학사》는 과학에 대한 상식을 전해주는 것에 그치지 않고 위대한 과학자들의 첫 생각을 어떻게 과학적 결과로 만들어내는지를 생생한 이야기로 전해준다. 낡은 틀에 갇혀 제대로 빛을 보지 못했던 것들을 오늘날 우리 사회의 토대로 갈고 닦은 과학자들과 함께 과학하는 재미와 열정을 키워보자.

1. 갈릴레이의 사고 실험
갈릴레이 씨, 납과 나무 중 뭐가 더 먼저 떨어져요? ∥ 아리스토텔레스의 생각을 실험하다 ∥ 모든 것은 똑같은 속도로 떨어진다!
∥ 갈릴레이의 점프대 ∥ 자유 낙하 제2라운드

2. 거대해진 하늘
인간이 독수리보다 시력이 좋다면 ∥ 기적의 파이프, 망원경 ∥ 달의 바다를 발견하다? ∥
금성은 태양 주위를 돈다. 그렇다면 지구도…… ∥ 태양에 점이 있다니!

3. 번개를 저장하는 방법
과학에 대한 수다 ∥ 신의 손에서 무기를 빼앗다 ∥ 손끝의 작은 폭발 ∥ 전기의 정체 ∥ 번개는 정말 전기일까?

4. 세계 최초의 배터리
전기 고문하는 남자 ∥ 경련하는 개구리 뒷다리 ∥ 근육에 숨은 전기 ∥ 동물 전기 vs. 금속 전기 ∥ 볼타의 기둥

5. 태양에 숨겨진 비밀
구사일생으로 살아난 소년 ∥ 렌즈의 세계에 발을 들여놓다 ∥ “제가 하늘나라로 가는 길을 보여드리지요” ∥
빨강부터 보라까지, 프라운호퍼선 ∥ 빛의 속도를 측정하다

6. 움직이는 해골들
뢴트겐을 조사하라! ∥ X선이 발견되기까지 ∥ 우연을 필연으로 바꾼 과학자 ∥ 몸속을 훤히 들여다보다 ∥
파도처럼 출렁이는 빛 ∥ 생물학 혁명을 이끌다

7. 결정들의 천일야화
크리스털의 세계 ∥ 다이아몬드 전기 실험 ∥ 완벽한 것보다 결함이 있는 것이 좋다 ∥ 빈자리를 채우는 낯선 원자 ∥
규소와 반도체 형제 ∥ 떨고 있는 게르마늄

8. 나노 세계의 모험
핵 기술은 어떻게 시작되었을까? ∥ 원자의 구조를 밝히다 ∥ 일조분의 일 밀리미터에서 나오는 에너지 ∥
무시무시한 작은 태양을 만들다

과학사 연표

총독이 말했다. “갈릴레이 선생, 공화국을 위해 참으로 애썼소. 이제부터 당신의 급료를 두 배로 올리겠소. 평생 말이오. 계속 위대한 발명을 하여 공화국의 명예를 드높일 수 있기를 바라오.” 이런 성공은 서막에 불과했다. 이 사건이 있은 지 12일 후 갈릴레이는 중요한 편지를 받았다. 토스카나의 대공이 갈릴레이의 망원경에 지대한 관심을 가지고 있다는 편지였다. 토스카나의 대공은 심지어 새로운 망원경을 위해 연마할 유리까지 보내왔다. … 망원경으로 하늘을 관찰한 사람이 갈릴레이가 최초는 아니었다. 그러나 결국 갈릴레이가 가장 성능이 뛰어난 망원경을 가지고 있었으며, 혁명적인 것을 감지하고 그것을 대중화시키는 탁월한 수완을 가지고 있었다. - 본문 48~49쪽

갈릴레이는 책상에 세워둔 크기가 1미터 정도 되는 나무로 된 도구를 가리켰다. “나는 이 도구로 자유 낙하를 훨씬 더 느리게 재현할 수 있고 그리하여 더 잘 관찰할 수 있습니다. 이제 구슬을 굴려보겠습니다. 구슬은 길 끝에서 수평으로 튕겨 나가 커브를 그리면서 마룻바닥 위로 떨어져, 바닥과 충돌하면서 그을음이 묻은 종이 위에 자국을 남기게 될 것입니다. 우선 30센티미터 높이를 선택하겠습니다.” … 갈릴레이는 이렇게 설명했다. “구슬의 넓이뛰기에서 구슬이 튕겨 나갈 때 얻었던 속도를 잴 수 있습니다. 이런 속도는 따라서 높이가 높아질수록 커지지만 높이에 정비례하지는 않습니다. 높이가 4배, 9배가 되면, 속도는 2배, 3배가 되지요. 실험은 내가 생각을 통해 발견한 답을 확인해줍니다. 질문 있습니까?” - 본문 28~29쪽

“우리 아빠가 그러는데 2차 대전이 끝난 직후에 신발 가게에 가면 신발이 맞는지 보기 위해 발을 X선 기기에 집어넣었었대.” 미하엘이 말했다. “전쟁 전에는 강한 뢴트겐을 이용하여 영화를 찍기도 했어. 해골들이 왔다 갔다 하며 돌아다니고 포도주도 마시고 하는 필름 봤지?” … “뢴트겐도 X선으로 자신의 엽총을 검사했었지. 오늘날 비행기 부품을 검사하는 것은 생명에 필수적인 일이란다” - 본문 174~175쪽