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책소개

생물학자 겸 아티스트, 과학계의 다빈치조진원 연세대 특훈교수의 생물학 명강

[달콤한 생명과학](상상초월 석학강연 시리즈 03)은 생물학 분야의 석학이자 싱어송라이터로도 활동 중인 조진원 연세대학교 특훈교수의 생물학 강연을 풀어쓴 책이다. 저자는 '연'(라이너스)이라는 유명한 곡을 작사·작곡한 싱어송라이터이기도 하다. 이 책에서 저자는 단백질, 세포, 당생물학과 글라이코믹스를 주제로 우리 몸속에서 일어나는 흥미로운 생명현상을 소개해준다. 단백질은 어떻게 제 기능을 발휘하는지, 단백질의 구조는 어떻게 만들어지는지, 왜 당생물학과 글라이코믹스(탄수화물의 구조와 기능을 밝히는 학문 분야)가 중요한지를 찬찬히 설명해준다. 상상초월 석학강연 시리즈는 12명의 국내 최고의 석학들이 각각 핵심적인 개념 3가지를 선택해 쉬우면서도 깊이 있게 다루는 과학 명강 시리즈로, 정재승 카이스트 교수(바이오및뇌공학과)가 기획자로 참여했다.

[보이지 않는 것들의 물리학](상상초월 석학강연 시리즈 02)은 국내 최초로 병렬처리 양자컴퓨터를 개발해 주목을 받은 바 있는 물리학자 이순칠 카이스트 교수의 물리학 강연을 풀어쓴 책이다. 저자는 이 책에서 가장 근원적이고 난해한 물리학이라 할 수 있는 전자기학, 상대론, 양자역학을 과감하게 정면 돌파하여 꼭 알아야 하는 핵심만 정확하게 찌르는 물리학의 진검승부를 펼친다. 전하가 움직이면 전기와 자기가 어떻게 만들어지고, 전자기력이 왜 우리 인생에서 가장 중요한 힘인지, 빛의 속도로 움직이는 상대론 세상에서 시간과 공간은 어떻게 달라지는지, 물질이면서 동시에 파동이기도 한 양자역학의 세계는 얼마나 기묘한지를 알기 쉬운 삽화와 상상력을 자극하는 일러스트를 곁들여 친절하게 설명한다. 상상초월 석학강연 시리즈는 12명의 국내 최고의 석학들이 각각 핵심적인 개념 3가지를 선택해 쉬우면서도 깊이 있게 다루는 과학 명강 시리즈로, 정재승 카이스트 교수(바이오및뇌공학과)가 기획자로 참여했으며, 이 책은 이 시리즈의 두 번째 책이다.

"이순칠 교수님의 양자역학 강의는 제게 많은 도움이 되었습니다. 물리학의 참맛을 느끼게 되는 시간이었습니다. 제 경험을 여러분과 공유하고 싶습니다."
- 정재승 / 교수(카이스트 바이오및뇌공학과)
[수학이 불완전한 세상에 대처하는 방법](상상초월 석학강연 시리즈 01)은 세계수학자대회 조직위원장으로 '2014 ICM'을 성공적으로 이끈 수학자 박형주 포스텍 교수의 수학 강연을 풀어쓴 책이다. 저자는 이 책에서 코딩 이론, 확률, 프랙탈을 주제로 수학이 어떻게 불완전하고 거칠거칠한 세상을 다루는지를 세 번의 강연을 통해 흥미롭게 소개해준다. 소통의 불완전함을 보완해주는 코딩 이론, 무작위한 현상의 이면을 읽어낼 수 있도록 해주는 확률, 무질서한 세상에서 질서를 파악할 수 있게 해주는 프랙탈을 촘촘하고 친절하게 설명해준다. 상상초월 석학강연 시리즈는 12명의 국내 최고의 석학들이 각각 핵심적인 개념 3가지를 선택해 쉬우면서도 깊이 있게 다루는 과학 명강 시리즈로, 정재승 카이스트 교수(바이오및뇌공학과)가 기획자로 참여했으며, 이 책은 이 시리즈의 첫 번째 책이다.

출판사 서평

바깥세상보다 더 바쁘고 기묘한 세포의 세계
단백질의 변신에는 저마다 이유가 있다!


"모든 학문이 그렇듯이 최소한의 암기는 필요합니다. 새로 나오는 용어는 우선 암기해야겠지요. 하지만 여러분이 친구를 사귈 때 친구 이름과 특성을 일일이 노트에 적어가며 암기하지 않는 것처럼 생물학에 나오는 어려운 용어들도 사랑하는 마음과 흥미로운 관심으로 받아들인다면 애써 암기하지 않아도 될 것입니다. 설령 쉽게 암기하지 못하면 또 어떻습니까? 관심과 흥미를 갖고 생물을 공부한다면 처음에 어렵게 느꼈던 용어들이 어느 순간 친한 친구처럼 여러분 머릿속에 담겨 있게 될 것입니다."
- 머리말 중에서

생물학자이자 싱어송라이터인 조진원 연세대학교 언더우드 특훈교수의 [달콤한 생명과학](상상초월 석학강연 시리즈 03)이 출간되었다. 이 책은 조진원 교수가 청소년을 대상으로 진행한 세 번의 생물학 강연을 글로 풀어쓴 책이다. 저자는 다양한 각도에서, 단백질이 제대로 된 구조로 변신해야만 제 기능을 발휘할 수 있다는 점을 설명해낸다. 이를 위해 이 책은 아미노산의 종류에서부터 당생물학과 글라이코믹스(탄수화물의 구조와 기능을 밝히는 학문 분야)까지 광범위하게 살펴보고 있다.

이 책은 DNA에 큰 관심이 없다. 이 책에서 초점을 맞추는 부분은 DNA에서 mRNA로 전달된 정보에 따라 아미노산이 결합되어 단백질이 합성된 이후, 바로 그 이후의 과정이다. 이는 마치 대본이 배우에게 잘 전달된 이후 어떤 연극이 무대에 올랐는지에 관심을 두는 것과 마찬가지다. 저자가 이 생명의 연극에 대해 여러 번 강조하는 핵심 내용은 단백질은 그것에 다른 분자가 결합함으로써 구조가 바뀌어야 제 기능을 발휘할 수 있다는 점으로 요약할 수 있다.
저자에 따르면, 대부분의 많은 단백질은 아미노산만으로 기능하지 않고, 탄수화물, 인산기, 메틸기, 아세틸기, 수산기, 황 같은 여러 분자들과 공유결합을 해야만 올바른 기능을 발휘할 수 있다. 이렇게 단백질이 다른 분자들과 결합하는 과정을 단백질의 '번역 후 수식화' 과정이라고 한다. 그래서 '번역 후 수식화' 과정에 문제가 생기면 단백질의 기능에 문제가 생길 수밖에 없다. 예컨대, 단백질에 (-)전기를 띤 인산기가 결합하게 되면 그 전기적인 성질 때문에 단백질의 구조가 변하고 그 변화된 구조에 의해 단백질이 기능을 발휘하게 되는데, 단백질의 정확한 위치에 인산기가 붙지 않는다면 그 단백질은 기능을 발휘하지 못하게 된다.
여기서 단백질에 달라붙는 분자로는 인산뿐 아니라 탄수화물도 매우 중요하다. 잠깐 용어정리를 하자면, 탄수화물의 기능과 구조를 연구하는 학문이 당생물학이며, 탄수화물에 대해 총체적으로 연구하는 학문이 바로 글라이코믹스다. 당생물학과 글라이코믹스는 2003년 미국 MIT가 21세기를 변화시킬 수 있는 10대 기술에 포함시킬 정도로, 학문적 잠재력이 매우 큰 학문 분야 중 하나로 꼽힌다.
당화(glycosylation)는 단백질에 탄수화물이 붙는 것을 의미하는데, 소포체에서 단백질의 구조를 결정하거나 신호전달 체계를 조절할 때 매우 중요한 과정이다. 저자가 특히 관심을 갖고 있는 당화는 'O-글루넥(O-GlcNAc)'이다. 대부분은 소포체와 골지체를 통해 당화가 이루어지는데, O-글루넥은 세포질이나 핵 내에서 일어나는 매우 독특한 당화다.
그러면 O-글루넥에 왜 관심을 가져야 할까? 저자에 따르면, O-글루넥은 포도당의 대사와 연관되기 때문에 당뇨뿐 아니라 암의 발생과 전이와 밀접한 관계를 갖고 있으며, 심지어 치매의 발병과도 상관있는 '당화'이다. 더욱이 세포의 신호전달에 중요하게 작용하는 인산화의 위치와 O-글루넥의 수식화 위치가 경쟁하는 경우가 많아서 O-글루넥 연구는 최근 더욱 주목을 받고 있는 중이다. 당뇨를 치료하거나 암을 제어하는 기술을 개발하거나 치매를 예방하는 방법을 찾기 위해서는 O-글루넥 연구에 관심을 가질 필요가 있다.

이 책은 이처럼 세포 속에서 많은 일을 훌륭하게 해내는 단백질과 그 단백질과 결합하는 분자들의 이야기를 하나 가득 담고 있는 책이다. 아무리 뛰어난 과학자라고 할지라도, DNA의 염기 서열에 따라 만들어진 아미노산의

정재승 교수가 먼저 듣고 추천하는 강의!
국내 양자컴퓨터 과학의 최고 권위자,
이순칠 카이스트 교수의 정통 물리학 명강!

왜 상대론과 양자역학과 전자기학인가?

전하가 움직이면 세상은 어떻게 복잡다단해지는가?
우리가 빛의 속도로 달린다면 시공간은 어떻게 달라지는가?
불확실한 양자세계는 어떻게 예측 가능한 우주가 되었는가?

"상대론과 양자물리에, 전자기학을 더해서 강의를 구성했다. 상대론과 양자물리는 신이 인간에게 허락하지 않은 영역을 알아낸 지성의 승리라는 공통적 특징이 있다. 우리는 양자물리를 알기는 하지만 이해하지는 못한다. 이것은 마치 흑백밖에 볼 수 없는 동물이 색이 보이는 세상에서 어떤 일이 일어나는지 아는 것과 같다. 그 동물이 머리가 좋으면 색을 볼 수 있을 때 벌어질 일을 예측할 수 있으나 그래도 죽을 때까지 결코 색이라는 개념을 이해하지 못할 것이다. 이해할 수가 없으니 물론 듣기에 뻑뻑하다. 그러나 만일 우리가 다윈의 시대에 살고 있다면, 진화론이 우리의 의식구조로 얼른 이해되지 않는다고 해서 이를 외면하며 모르고 살다 죽고 싶을까? 수많은 물리 천재들이 30년간 토의하며 완성한 학문이 몇 시간의 독서로 이해되지 않는다고 투덜댈 수는 없을 것이다. 천천히 읽고 생각하며 하나씩 깨닫는 기쁨을 즐긴다면 그야말로 진정한 물리학자라 하겠다."
('머리말' 중에서)

20여 년 전, 정재승 카이스트 교수에게 물리학의 참맛을 느끼게 해준 이순칠 카이스트 교수의 물리학 강연이 대중 과학도서 [보이지 않는 것들의 물리학](상상초월 석학강연 시리즈 02)으로 엮여 출간되었다. 이순칠 교수는 2001년 핵자기공명을 이용한 3비트 규모의 병렬처리 양자컴퓨터 개발에 성공하여 학계의 주목을 받은 바 있는 국내 양자컴퓨터 과학의 최고 권위자로 꼽히는 물리학자다. 이순칠 교수의 [보이지 않는 것들의 물리학]은 저자가 청소년을 대상으로 진행한 세 번의 물리학 강연을 다시 글로 풀어쓴 책이다. 전기와 자기, 힘과 에너지, 시간과 공간, 입자와 양자 등과 같이 보이지 않지만 지금의 우리와 137억 년의 우주를 가능하게 하는 본질적인 현상에 초점을 맞춰, 단편적으로 설명하는 것이 아니라 전자기학, 상대론, 양자역학의 원리를 집중적으로 파고드는 것이 특징이다. 책의 뒷부분에는 정재승 카이스트 교수(바이오및뇌공학과)와의 대담 '물리학자와 함께하는 상상초월 토크 콘서트'이 실렸는데, 물리학적 사고의 합리성과 유연성이 세상을 살아가는 데 어떤 도움이 되는지, 물리학자로서의 삶은 어떠한지, 물리학과 관련 진로는 어떻게 나아가는지, 한국 과학 교육의 문제점은 무엇인지에 대한 이순칠 교수의 진솔하고 유쾌한 이야기를 접할 수 있다. 또한 정재승 교수가 이순칠 교수에게 들었던 강의 경험을 왜 대중과 공유하고 싶은지에 대한 고백도 들을 수 있다. 상상초월 석학강연 시리즈는 12명의 국내 최고의 석학들이 각각 핵심적인 개념 3가지를 선택해 쉬우면서도 깊이 있게 다루는 과학 명강 시리즈로, 정재승 카이스트 교수(바이오및뇌공학과)가 기획자로 참여했으며, 이 책 [보이지 않는 것들의 물리학]은 상상초월 석학강연 시리즈의 두 번째 책이다.

보이지는 않지만,
우리와 우주를 가능케 한 강력한 것들


중요한 것은 보이지 않는 경우가 많다. 눈에 보이는 거시계의 복잡성과 무작위함과 불확실성은 보이지 않는 세계에서 일어나는 전하의 움직임, 입자와 에너지의 교환, 파동과 양자의 중첩 등이 만들어낸 결과이다. 저자는 아무리 배워도 이해할 수 없는 전자기학, 상대론, 양자역학 때문에 고생하는 사람들에게 조금이라도 도움을 주고자 이 책에서 전자기학, 상대론, 양자역학의 원리를 기발한 사고실험과 색다른 접근법으로 핵심만 집약적으로 소개한다.
보라색밖에 볼 수 없는 인간은, 보라색이 빨간색과 파란색으로 나뉘고 쪼개지는 세계와 보라색 치마를 입은 여인이 그려진 형형색색의 아름다운 작품 전체를 이해할 수는 없다. 우리는 양자역학을 알 수 있지만, 이해하지는 못한다. 이해할 수 없으니 뻑뻑하지만, 이 책을 통해 하나씩 깨닫는 기쁨을 즐길 수 있을 것이다. 양자세
불완전하고 무작위하고 무질서한 세상,
수학은 이 세상을 어떻게 다루었는가?


"완전한 것을 다루는 깔끔한 수학이 아니라, 불완전한 세상을 다루어야 하는 수학을 말해주기로 했다. 그래서 소통과 통신의 과정에서도 오류가 생기는 불완전한 세상이지만 이것을 해결해주는 수학 이론인 코딩 이론이 있다는 얘기로 시작했다. 이어서 무작위성과 확률의 세계로 옮아갔으며, 매끄럽지 않은 세상을 다루는 프랙탈 기하를 소개하며 끝냈다. 이 책의 여러 곳에서 조금 까다로워 보이는 수식이 나오곤 하지만, 독자의 경험에 따라 행간을 읽어 나가면 맥락의 이해에는 큰 문제가 없을 것이다. 불완전하고 무작위하고 무질서한 것조차 오히려 흥미롭게 바꾸는 수학의 마력을 느끼는 계기가 된다면 족할 것이고, 더 깊은 수학의 세계로 들어가는 동기가 된다면 더할 나위 없이 좋을 것이다."
_ 머리말 중에서

세계수학자대회(ICM) 조직위원장으로 '2014 ICM'을 성공적으로 이끈 수학자 박형주 포스텍 교수의 대중 수학도서 [수학이 불완전한 세상에 대처하는 방법](상상초월 석학강연 시리즈 01)이 출간되었다. 이 책은 박형주 교수가 청소년을 대상으로 진행한 세 번의 수학 강연을 다시 글로 풀어쓴 책이다. 코딩 이론, 확률, 프랙탈 등과 같이 불완전하고 무작위하고 무질서한 세상을 다룬 수학에 초점을 맞춰, 세상과 동떨어진 수학이 아니라 세상 한복판으로 걸어나온 수학을 다루고 있는 것이 특징이다. 책의 뒷부분에는 정재승 카이스트 교수(바이오및뇌공학과)와의 대담 '수학자와 함께하는 상상초월 토크 콘서트'이 실렸는데, 수학자로서의 삶과 수학 교육에 대한 박형주 교수의 진솔하고 유쾌한 이야기를 접할 수 있을 것이다. 상상초월 석학강연 시리즈는 12명의 국내 최고의 석학들이 각각 핵심적인 개념 3가지를 선택해 쉬우면서도 깊이 있게 다루는 과학 명강 시리즈로, 정재승 카이스트 교수(바이오및뇌공학과)가 기획자로 참여했으며, 이 책 [수학이 불완전한 세상에 대처하는 방법]은 상상초월 석학강연 시리즈의 첫 번째 책이다.

세상은 완벽하지도, 조화롭지도 않다. 오히려 세상은 불완전하고, 거칠거칠하고, 무작위하다. 저자는 이 책에서 형식적인 아름다움을 추구하는 지적 유희로서의 수학이 아니라, 불완전한 세상에 대해 수학이 어떻게 대응하고 발전해왔는가를 상세하게 소개한다.
코딩 이론은 불완전한 소통을, 확률은 무작위한 세상을, 프랙탈은 무질서한 세상을 수학적으로 다룸으로써, 그곳에서 세상에 관한 수학적 통찰을 건져낸 수학 이론들이다.
코딩 이론은 통신 과정에서 생기는 오류를 탐지하고 교정하는 이론으로, 우주탐사 과정에서 일어나는 무수한 통신 문제를 해결함으로써 지대한 관심을 불러일으켰다. 1960년을 전후로 우주과학자들은 '우주에서 찍은 사진을 지구로 어떻게 보내야 하는가'로 골머리를 앓았는데, 왜냐하면 우주에서 정보를 제대로 보내도 태양의 자기장이나 지구의 오존층 등 여러 가지 요인들이 신호를 방해하기 때문이었다. 이 무렵 코딩 이론은 신호의 오류를 알아차릴 뿐 아니라 1을 0으로, 0을 1로 교정해주는 등 우주에서 지구로 전송되는 화상신호들의 에러들을 바로잡고 사진들을 훌륭하게 재생해낼 수 있게 했다. 코딩 이론을 활용하면, 코드화를 통해 비트 단위로 전송하는 데이터(예를 들면, 0과 1로 된 수열)들을 최대한 빠르고 오류 없이 보낼 수 있기 때문이다. 즉 코딩 이론을 활용하면 복잡하더라도 최대한 적게 비트를 보내면서도 에러를 자동으로 교정할 수 있다. 이런 코딩 이론을 통해 수학자들은 20세기에 대량의 정보를 처리해야만 하는 정보 통신에 본격적으로 기여하기 시작했다.

확률은 무작위성(randomness)이 지배하는 세상을 적나라하게 보여주는 수학 이론이다. 예를 들어, '비둘기집 원리'는 비둘기가 15마리이고 비둘기집이 10개일 경우, 어느 비둘기집엔가는 반드시 2마리 이상의 비둘기가 들어간다는 것을 수학적으로 증명한 원리다. 이 비둘기집 원리를 확장시켜서, 10마리의 비둘기를 20개의 비둘기집에 균일한 확률로 배분할 때 두 마리 이상의 비둘기가 같은 비둘기집에 들어갈 확률을 따져보면, 그 확률은 93.45
%나 된다는 것을 계산해낼 수 있다. 그러면 만약 비둘기 수가 100~200마리가 넘고 비둘기집도 배로 늘어나면 어떻게 될까? 이때 한 비둘기집에 비둘기가 두 마리 이상 들어갈 확률은 99%를 넘어선다. 거의 필연이다. 자연현상은 우연을 필연으로 만든다. 문제는 우연을 필연으로 만드는 자연의 무작위성이 늘 반갑기만 한 것은 아니라는 점이다. 그래서 확률은 무작정 자연의 무작위성에 맡겨놓을 때 나타날 수 있는 문제를 보완할 때 필요한 이론이 되었고, 무작위성은 복잡계라는 완전히 새로운 학문을 열었다. 이렇게 보면 현대 수학의 별의별 것과 다 연결된다.

프랙탈은 겨울날의 눈송이 모양이나 금융시장의 불규칙한 가격 변동을 하나의 수학 이론으로 설명해준다. 프랙탈이라는 개념은 아무리 반복해서 확대해도 여전히 같은 모양이 반복되는 것에서 등장했는데, 불규칙적이고 혼란스러운 현상의 배후에 있는 규칙을 다루는 이론이라고 할 수 있다. 불규칙의 규칙성을 갖는 프랙탈의 대표적인 예로는 해안선을 들 수 있다. 해안선을 계속 확대해보면 불규칙이 규칙적으로 반복되는 순환성을 보여준다. 프랙탈의 다른 예로, 코흐 곡선도 있다. 정삼각형의 각 선분을 이 선분의 1/3 길이로 된 네 개의 선분(_∧_)으로 바꾸는 과정을 무한히 반복하면, 눈송이 모양의 '코흐 곡선'이 만들어진다. 이 코흐 곡선은 모든 점에서 부드럽지만(연속이지만) 어떤 점에서도 미분 가능하지 않은 곡선이며, 이 곡선의 둘레는 무한대이지만 유한한 공간 속에 있다. 즉 유한한 공간에 길이가 무한대인 곡선을 넣을 수 있는 것이 바로 코흐 곡선이다. 이 코흐 곡선의 차원은 계산해보면 약 1.2618차원이다. 혹자는 프랙탈과 같은 이상한 구조를 과연 연구할 필요가 있을까 하고 의구심을 가질 수도 있다. 그러나 불규칙과 무질서가 자연의 본질에 더 가깝다는 것을 상기한다면 이런 의구심은 적절치 않은 반응이다. 더욱이 유한한 공간에 아주 많은 것을 집어넣을 수 있는 방법은 프랙탈 구조뿐이다. 전통적인 수학이 질서정연할 뿐 혼돈을 효과적으로 기술하지 못했다면, 프랙탈 이론은 혼돈을 다루는 새로운 수학적 프레임을 보여주었다.

이처럼 박형주 교수의 [수학이 불완전한 세상에 대처하는 방법]은 어떻게 하면 수학 문제를 잘 푸는지를 알려주는 책이라기보다는, 수학이 왜 쓸모가 있는지, 수학이 세상을 어떻게 다루어왔는지, 수학이 어떠한 방식으로 세상과 연결되는지를 알려주는 책이다. 수학을 문제를 푸는 과목으로만 생각하는 이들에게, 이 책은 세상에 대한 통찰을 제공해왔던 수학의 흥미로운 면면을 실감나게 보여줄 것이다.

상상초월 석학강연 시리즈란?

우주의 경이로움과 자연에 대한 통찰력!
사고력과 인식의 지평을 넓히는 과학 명강

"이 시리즈의 취지는 학문의 최전선에 선 최고의 석학들을 모시고,
학생들이 알아야 할 과학의 정수를 맛보게 하는 것입니다."
_ 기획의 말(정재승 KAIST 바이오및뇌공학과 교수)

'상상초월 석학강연 시리즈'는 12명의 국내 최고의 석학들이 각각 핵심적인 개념 3가지를 선택해, 쉬우면서도 깊이 있게 다루는 과학 명강 시리즈다. 과학의 진면목을 들여다보자는 의도에서 이뤄진 기획으로, 수학에서 출발해 우주와 물질을 거쳐 생명에 이르기까지 가장 핵심적인 과학 주제를 파헤친다. 코딩 이론, 확률, 프랙탈, 행렬, 게임 이론, 암호, 미분, 허수, 빅뱅, 초신성, 전자기, 상대론, 양자역학, 힉스 입자, 최종 이론, 상호작용, 고분자, 유기합성, 결합, 에너지, 반응, DNA, RNA, 생물의 에너지, 공생, 단백질, 당생물학 등 36가지 주제를 다룬다.
박형주 포스텍 교수(수학), 한상근 KAIST 교수(수학), 권오남 서울대학교 교수(수학), 이명균 서울대학교 교수(천문학), 이순칠 KAIST 교수(물리학), 이종필 고려대학교 연구교수(물리학), 김희준 광주과학기술원 석좌교수(화학), 전철호 연세대학교 교수(화학), 김성근 서울대학교 교수(화학), 강창원 KAIST 교수(생물학), 노정혜 서울대학교 교수(생물학), 조진원 연세대학교 교수(생물학)가 이 기획에 참여했다. 강연은 KT&G 상상마당에서 진행됐다. 배열만 가지고서는 어떤 모양의 단백질이 만들어지는지를 쉽게 알 수 없다고 한다. 단백질이 변신해야 제 기능을 발휘할 수 있다는 것을 감안한다면, 인류가 생명현상에 대해 여전히 얼마나 무지한지 가늠할 수 있는 부분이다. 혹시 단백질과 탄수화물의 구조와 기능에 관한 연구 속에 생명현상의 비밀을 푸는 열쇠가 숨어 있는 것은 아닐까?
책의 뒷부분에는 정재승 카이스트 교수(바이오및뇌공학과)와의 대담 '생명과학자와 함께하는 상상초월 토크 콘서트(대담 진행: 정재승 카이스트 바이오및뇌공학과 교수)'가 실려 있는데, 이 대담에서 독자들은 생물학자로서의 인생과 학문적 열정, 과학자 겸 예술가로서 활동하는 것의 즐거움에 관한 조진원 교수의 거침없고 솔직한 이야기를 접할 수 있을 것이다.
상상초월 석학강연 시리즈는 12명의 국내 최고의 석학들이 각각 핵심적인 개념 3가지를 선택해 쉬우면서도 깊이 있게 다루는 과학 명강 시리즈로, 정재승 카이스트 교수(바이오및뇌공학과)가 기획자로 참여했다.

상상초월 석학강연 시리즈란?

우주의 경이로움과 자연에 대한 통찰력!
사고력과 인식의 지평을 넓히는 과학 명강

"이 시리즈의 취지는 학문의 최전선에 선 최고의 석학들을 모시고,
학생들이 알아야 할 과학의 정수를 맛보게 하는 것입니다."
_ 기획의 말(정재승 KAIST 바이오및뇌공학과 교수)

'상상초월 석학강연 시리즈'는 12명의 국내 최고의 석학들이 각각 핵심적인 개념 3가지를 선택해, 쉬우면서도 깊이 있게 다루는 과학 명강 시리즈다. 과학의 진면목을 들여다보자는 의도에서 이뤄진 기획으로, 수학에서 출발해 우주와 물질을 거쳐 생명에 이르기까지 가장 핵심적인 과학 주제를 파헤친다. 코딩 이론, 확률, 프랙탈, 행렬, 게임 이론, 암호, 미분, 허수, 빅뱅, 초신성, 전자기, 상대론, 양자역학, 힉스 입자, 최종 이론, 상호작용, 고분자, 유기합성, 결합, 에너지, 반응, DNA, RNA, 생물의 에너지, 공생, 단백질, 당생물학 등 36가지 주제를 다룬다.
박형주 포스텍 교수(수학), 한상근 KAIST 교수(수학), 권오남 서울대학교 교수(수학), 이명균 서울대학교 교수(천문학), 이순칠 KAIST 교수(물리학), 이종필 고려대학교 연구교수(물리학), 김희준 광주과학기술원 석좌교수(화학), 전철호 연세대학교 교수(화학), 김성근 서울대학교 교수(화학), 강창원 KAIST 교수(생물학), 노정혜 서울대학교 교수(생물학), 조진원 연세대학교 교수(생물학)가 이 기획에 참여했다. 강연은 KT&G 상상마당에서 진행됐다.
계에서는 입자성과 파동성이 동시에 나타나고, 고양이가 죽은 상태와 살아 있는 상태가 반반씩 섞여 있는 등 기묘한 일들이 벌어진다. 이 책에서는 이런 불가사의한 원리를 현실에서 최초로 공학적으로 구현한 양자컴퓨터의 기초까지 살펴본다. 어떤 것도 빛보다 빠를 수 없다. 하늘을 올려다보면 텅 비어 있는 것 같지만, 실제로 에너지와 장으로 가득 차 있다. 보이지 않지만, 우주 공간을 가득 메우고 있는 입자와 힘은 빛의 속도에 가깝게 움직이고 전달된다. 빛의 속도로 달리는 아인슈타인의 상대론 우주는 공간이 휘어지고 시간이 팽창하는 이상한 일이 벌어진다. 상대론의 진정한 의미는 무엇이며, E=mc2 공식을 어떻게 이해해야 하는지를 알아본다. 전기와 자기는 별개의 현상이 아니다. 자기장은 전기장의 상대론적 효과로 생겨난다. 전기와 자기에 관하여 쿨롱, 앙페르, 패러데이 등 선대 학자들이 해왔던 연구를 맥스웰이 상대론적 관점에서 통합하고 체계화하여 전자기학을 완성했다. 전하의 흐름에서 비롯되는 전자기는 우리 인생에 가장 중요한 역할을 하는 물리라고 할 수 있다. 모든 물질의 결합과 반응도 전하의 흐름에 기반하며, 생물은 이러한 화학작용에 의해 신진대사가 이루어진다. 심지어 슬픔이나 기쁨을 느끼는 감정조차도 전자기에 의해 조절된다.

[전자기학 수업] 전하가 움직이면 복잡해진다

전자기는 어려운가? 그렇다. 현상도 매우 특이하다. 고등학교에서는 숲보다는 나무 몇 개를 가르치기 때문에 더욱 어렵게 여겨진다. 어려운데 굳이 배워야 할까? 물론이다! 전자기력은 네 가지 근본 힘 가운데 우리 인생에 가장 중요한 힘이자, 화학과 생물의 근본 작동 원리이다. 이를 이해하기 위해서는 장 개념을 익힐 필요가 있다. 예를 들어 두 전하를 30만km 떨어진 곳에 각각 놓는다고 해보면, 처음에는 가만히 있다가 1초 후에 두 전하가 서로 밀거나 당기는 일이 벌어진다. 그러다가 전하 하나를 없애면, 나머지 다른 전하는 상대 전하가 없어졌다는 것을 바로 느끼는 게 아니라 1초 후에 느끼는데, 이것은 상대 전하가 없어지더라도 그 전하가 공간에 형성해놓은 세력을 다른 전하가 처음 1초 동안 느끼는 것이다. 이게 바로 '장'이라는 개념이다. 전하나 질량은 자신의 전기장이나 중력장을 온 우주에 빛의 속도로 쫙 펼친다. 또 장 속에서 전하와 질량은 전기력과 중력이 작용하는 에너지를 느끼고, 자신이 가진 에너지와 상호작용함으로써 시시각각 새로운 장을 형성한다. 우주는 수많은 장들이 촘촘하게 뻗쳐 있어 온갖 자연 현상을 일으킨다. 더불어 맥스웰의 네 가지 법칙의 물리적 의미와 상호연관성을 쉽게 설명하고 있다.

[상대론 수업] 우리가 만약 빛의 속도로 달린다면?

점묘법으로 그린 그림처럼 아주 가까이서 보거나 아주 멀리서 보면 볼 수 없는 것이 있다. '빛의 속도는 어디서나 같다'라는 기본 가설을 한번 보자. 이 가설을 인정하면 이상해지기 시작한다. 거리(길이)가 줄어들고 시간이 늘어나야 모순이 생기지 않는다. 그러면 아인슈타인의 저 유명한 공식 E=mc2은 어떻게 이해해야 할까? 이 식은 한마디로 질량과 에너지가 교환될 수 있음을 뜻한다. 원자폭탄의 위력이 지구 멸망을 초래할 정도로 위협적인 이유는 우라늄이나 플루토늄 등의 핵이 쪼개지면서 질량을 잃는 대가로 엄청난 에너지가 발생하기 때문이다. 줄어든 질량은 미세할지라도 이 질량에 빛의 속도의 제곱을 곱하면 엄청난 양의 에너지가 얻어진다. 하지만 거꾸로 에너지로부터 쓸모 있는 질량을 만들 수도 있으므로 E=mc2을 생산적인 방향으로 활용하면 된다. 염두에 둘 점은, 공간은 무가 아니고 에너지와 장으로 가득 차 있다는 점이다.

[양자역학 수업] 빛과 물질의 이중성
많은 과학자들이 인정하는 사실은 양자역학을 이해할 수 없다는 사실이다. 알긴 하지만 이해하지는 못한다(아는 것과 이해하는 것은 다르다). 양자역학의 기본 가설에 따르면, 삼라만상은 물질이며 동시에 파동이다. '물질=파동'은 실험으로 알아낸 사실이다. 파동의 모든 성질은 중첩에서 온다. 슈뢰딩거의 고양이 예처럼, 이 성질을 적용하면 기묘해지기 시작한다. 덧붙여 이 수업에서는 최근
노벨상 후보 분야로 가장 뜨고 있는 양자컴퓨터, 양자암호통신 등 양자정보과학을 소개한다.

이순칠 교수의 [보이지 않는 것들의 물리학]은 지레 겁부터 먹게 만드는 공식들만 난무한 물리학 책들과는 다르게, 간결한 공식에 담긴 함축된 의미를 우리가 소화할 수 있는 일상의 언어로 풀어서 설명하여 물리학의 참맛을 느끼게 해주는 책이다. 저자는 현실 세계에서의 제약된 경험에 매몰되어 있는 우리를 새로운 세계의 문 앞까지 친절하게 이끌어준다. 전자기학, 상대론, 양자역학이 두려운가? 여러분은 노크하기만 하면 된다.

상상초월 석학강연 시리즈란?

우주의 경이로움과 자연에 대한 통찰력!
사고력과 인식의 지평을 넓히는 과학 명강


"이 시리즈의 취지는 학문의 최전선에 선 최고의 석학들을 모시고, 학생들이 알아야 할 과학의 정수를 맛보게 하는 것입니다."
- 기획의 말(정재승 KAIST 바이오및뇌공학과 교수)

'상상초월 석학강연 시리즈'는 12명의 국내 최고의 석학들이 각각 핵심적인 개념 3가지를 선택해, 쉬우면서도 깊이 있게 다루는 과학 명강 시리즈다. 과학의 진면목을 들여다보자는 의도에서 이뤄진 기획으로, 수학에서 출발해 우주와 물질을 거쳐 생명에 이르기까지 가장 핵심적인 과학 주제를 파헤친다. 코딩 이론, 확률, 프랙탈, 행렬, 게임 이론, 암호, 미분, 허수, 빅뱅, 초신성, 전자기, 상대론, 양자역학, 힉스 입자, 최종 이론, 상호작용, 고분자, 유기합성, 결합, 에너지, 반응, DNA, RNA, 생물의 에너지, 공생, 단백질, 당생물학 등 36가지 주제를 다룬다.
박형주 포스텍 교수(수학), 한상근 KAIST 교수(수학), 권오남 서울대학교 교수(수학), 이명균 서울대학교 교수(천문학), 이순칠 KAIST 교수(물리학), 이종필 고려대학교 연구교수(물리학), 김희준 광주과학기술원 석좌교수(화학), 전철호 연세대학교 교수(화학), 김성근 서울대학교 교수(화학), 강창원 KAIST 교수(생물학), 노정혜 서울대학교 교수(생물학), 조진원 연세대학교 교수(생물학)가 이 기획에 참여했다. 강연은 KT&G 상상마당에서 진행됐다.

추천사

"칠판에 고인 지식이 아니라 세상을 이해하는 지식으로서의 수학을 접할 수 있는 매력적인 수학 강의"
- 정재승 / 카이스트 바이오및뇌공학과 교수

목차

머리말
기획의 말

1부 전자기 - 전하가 움직이면 복잡해진다
특이하고 복잡한 전자기 현상 / 전자기력은 힘이 세다 / 힘이 미치는 공간, 장 / 전기력선과 자기력선 / 맥스웰의 제1법칙 / 맥스웰의 제2법칙 / 맥스웰의 제3법칙 / 맥스웰의 제4법칙 / 전자기 현상과 회로

2부 상대론 - 우리가 만약 빛의 속도로 달린다면?
상대성이론의 세상 / 물리 법칙과 법칙의 불변성 / 좌표변환 / 마이컬슨-몰리의 실험 / 상대론의 시작 / 길이 수축과 시간 연장 / 자기장은 전기장의 상대론적 효과다

3부 양자역학 - 빛과 물질의 이중성
파동 / 빛의 이중성-파동의 입자성 / 빛의 이중성-입자의 파동성 / 양자론의 세계 / 양자론의 체계-코펜하겐 해석 / 양자론의 체계-중첩 / 불확정성의 원리 / 양자정보기술

4부 물리학자와 함께하는 상상초월 토크 콘서트
대담자 - 이순칠 카이스트 물리학과 교수, 정재승 카이스트 바이오및뇌공학과 교수

머리말
기획의 말

1부 단백질 변신의 중요성
세포의 작은 기계, 단백질
폴리펩타이드와 아미노산 그리고 중합체
단백질의 독특한 구조와 기능
원자들의 결합과 분자 간 상호작용
물(친수성)과 기름(소수성)의 차이
단백질 구조의 4단계
단백질의 변신

2부 세포로의 여행
세포를 들여다보는 현미경
세포 속으로
동물세포와 식물세포(세포막 / 세포의 핵 / 리보솜 / 내막계 세포소기관과 비내막계 세포소기관)

3부 당생물학과 글라이코믹스
달콤하고 끈적끈적한 당
질병과 당생물학
ABO 혈액형과 당생물학
암세포와 당화 / 당화가 중요한 이유
O-글루넥 연구
O-글루넥 전이효소
O-글루넥 당단백체
O-글루넥 수식화 연구의 응용

4부 생물학자와 함께하는 상상초월 토크 콘서트
대담자 : 조진원 연세대학교 시스템생물학과 교수, 정재승 카이스트 바이오및뇌공학과 교수
머리말
기획의 말

1부 코딩 이론 : 소통의 수학 이론
불완전한 세상과 코딩 이론
코딩 이론의 역사
사진과 음성을 전송하는 방법
코딩 이론의 필요성
코딩 이론은 무엇인가
코딩 이론을 위한 기초지식
코딩 이론의 이해를 돕는 순열과 조합
정수와 잉여류 연산
간단한 인코딩 방식
크라프트 - 맥밀런 정리

2부 확률의 세계와 비둘기집 원리 : 경우의 수를 찾아라
귀류법으로 증명하는 비둘기집 원리
비둘기집 원리 응용
같은 횟수로 악수하는 사람
확률과 비둘기집 원리
무작위성randomness과 복잡계
확률과 정보량
정보량 I의 성질
엔트로피와 코딩
엔트로피 코딩의 예

3부 프랙탈 : 무질서의 세상에서 건져낸 질서
프랙탈의 개념과 역사
프랙탈과 차원
칸토어와 무한
칸토어 더스트
기하학적인 접근
미분과 프랙탈
코흐 곡선의 연속성와 미분 불가능성
코흐 눈송이의 유한성과 무한성
코흐 눈송이의 프랙탈 차원
C곡선
드래곤 프랙탈
줄리아 집합
망델브로와 프랙탈

4부 수학자와 함께하는 상상초월 토크 콘서트
대담자 : 박형주 포스텍 수학과 교수, 정재승 카이스트 바이오및뇌공학과 교수

저자소개

생년월일 -
출생지 -
출간도서 4종
판매수 1,446권

가르치고 연구하고 글 쓰는 수학자. 우연히 알게 된 프랑스 수학자 에바리스트 갈루아의 수학 이론에 매료되어 전공을 물리학에서 수학으로 바꿨다. 미국 U.C. 버클리에서 수학 박사학위 를 받았다. 추상적이면서도 심오한 순수수학에 깊이 빠져들었다가, 순수수학이 전자공학의 난제를 해결하는 데 도움이 된다는 것을 경험한 이후부터, 세상의 문제를 해결하는 응용수학에도 눈을 돌리기 시작했다.
미국 오클랜드 대학교 수학과 교수, 고등과학원 계산

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생년월일 -
출생지 -
출간도서 2종
판매수 3,382권

연세대학교를 졸업하고, 동대학원에서 미생물학 석사, U.C. 데이비스에서 당생물학으로 박사학위를 받았다. 뉴욕주립대학교 스토니브룩 박사후연구원을 거쳐, 현재 연세대학교 시스템생물학과 교수다.과학기술부 연구개발사업 우수성과 50선에 선정(2009), 한국분자세포생물학회의 생명과학상(2011) 등을 수상했다. 2013년 연세대학교 언더우드 특훈교수가 되었다.

저자의 다른책

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생년월일 -
출생지 -
출간도서 1종
판매수 190권

카이스트(KAIST) 물리학과 교수. 서울대학교 물리학과를 졸업하고, 미국 노스웨스턴대학교에서 [핵자기공명을 이용한 일차원 물리학 연구]로 물리학 박사학위를 받았다. 1990년에 미국의학과학학회가 수여하는 실비아 소킨 그린필드 상을 수상했다. 국내 최초로 병렬처리 양자컴퓨터를 개발해 주목을 받은 바 있다. 2015년부터 한국물리학회 응집물질물리분과 위원장을 맡고 있다. 저서로는 [양자컴퓨터-21세기 과학혁명]이 있다.
작가 한마디 "물리학을

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정재승 기획 [기타]
생년월일 -
출생지 -
출간도서 0종
판매수 0권

KAIST에서 물리학으로 학사, 석사, 박사 학위를 받았습니다. 예일대학교 의과대학 정신과 박사후 연구원, 고려대학교 물리학과 연구교수, 컬럼비아대학교 의과대학 정신과 조교수를 거쳐, 현재 KAIST 바이오및뇌공학과 교수로 재직 중입니다.
우리 뇌가 어떻게 선택을 하는지 탐구하고 있으며, 이를 응용해서 로봇을 생각만으로 움직이게 한다거나, 사람처럼 판단하고 선택하는 인공지능을 연구하고 있습니다. 쓴 책으로는 <정재승의 과학 콘서트>(2001)

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