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이 질문 없이 과학은 발전할 수 없었다!
유전자 지도부터 우주 탐사까지
오늘의 과학을 있게 한 8가지 탐구

과학 없이 우리 삶이 존재할 수 있을까? 과학은 일상을 지탱할 뿐만 아니라 신소재 개발, 우주 탐사, 유전자 편집 등 모든 기술적 진보의 토대다. 이 눈부신 발전을 이끈 원동력은 무엇일까? 과학 역사를 통틀어 늘 중요한 전환점 역할을 한 것은 바로 ‘질문’이다. 과학은 자연 현상에 질문을 던지고 그 질문의 답을 찾는 학문이다. 과학자들은 가설, 즉 새로운 의문을 품고 실험과 관찰을 통해 자신의 생각을 증명했다.
이 책은 과학을 바꾼 가장 극적이고 위대한 질문 8가지를 살펴본다. 이 질문들은 과학의 각 분야가 태동하는 바탕이 되었다. 그래서 ‘물화생지(물리학, 화학, 생물학, 지구과학)’로 나누는 교과목의 핵심 개념 또한 자연스럽게 이해하게 해 준다.

Q1. 물질과 원자_세상은 무엇으로 이루어져 있을까?
Q2. 지구의 운동_지구는 세상의 중심일까?
Q3. 물체의 운동_무거우면 더 빨리 떨어질까?
Q4. 생물의 진화_최초의 생명은 언제 나타났을까?
Q5. 유전의 원리_왜 자식은 부모를 닮을까?
Q6. 대륙의 이동_땅은 움직일까?
Q7. 빛의 정체_입자일까, 파동일까?
Q8. 우주의 탄생_우주와 별은 어떻게 만들어졌을까?

특히 ‘지구는 세상의 중심일까?’는 인류가 치열하게 탐구한 주제이자 과학적 사고의 결정적 근간이 된 질문이다. 우리는 이 물음에 대한 실마리를 찾고서야 신이 모든 것을 창조했다는 종교적 세계관에서 벗어날 수 있었다. 천동설과 지동설 중 어느 쪽이 옳은지 드러나는 데는 수천 년이 걸렸다. 케플러와 갈릴레이를 비롯한 과학자들은 종교에 거스르는 생각을 금지하는 시대에도 도발적인 연구를 멈추지 않았고, 끝내 지구가 태양 주변을 돈다는 것을 증명했다.
지금은 과학을 잘 모르는 사람도 물질이 원자로 되어 있다는 사실을 안다. 물체를 아래로 떨어지게 만드는 중력의 존재도 의심하지 않는다. 이 책에서 다루는 질문들은 오늘날 당연하게 여기는 사실들을 밝히는 출발점이 되었다. 과학을 친근하게 전하는 다양한 강연과 저술로 미래창조과학부에서 수여하는 ‘올해의 과학교사상’을 받은 저자 최원석은 질문의 답을 찾아 가는 과정을 쉬운 예시와 흥미로운 일화로 풀어낸다.

‘물화생지’의 핵심 개념이 잡히는
난이도별 질문 목록

부록 ‘무엇이든 물어보세요!’에는 별자리의 개수, 원소와 원자의 차이점 같은 기초 지식부터 우주망원경과 암흑물질 등의 최신 이슈까지 과학에 품어볼 만한 질문들이 난이도별로 담겨 있다. 궁금한 점부터 찾아보는 것도 청소년 독자가 이 책을 읽는 큰 재미가 될 것이다. 배경 지식이 부족해 책을 읽기 막막한 학생은 물론, 새로운 과학 지식을 접하고 싶은 사람 모두에게 재미있는 생각거리를 던진다.
과학은 불변의 진리가 아니라 진실이 아닌 것을 끊임없이 없애고 수정해 가는 과정이다. 새로운 질문이 등장하면 새로운 답을 찾아 떠나야 하는 끝없는 여행인 셈이다. 이 책을 통해 과학의 세계를 자유롭게 탐험해 보자.

세상을 변화시킨 위대한 지식 탐구
〈10대를 위한 결정적 질문〉 시리즈

시대의 흐름과 함께 세상은 눈부신 발전과 변화를 이루어 냈다. 그 원동력은 바로 인간의 의지와 탐구심이었다. 〈10대를 위한 결정적 질문〉 시리즈는 바로 이러한 맥락에서 출발했다. 수학ㆍ의학ㆍ과학ㆍ정치ㆍ철학 등 세상의 근간을 이루는 학문이 오늘날에 이르기까지, 인류가 도전한 과제를 ‘질문’으로 짚는다. 6~9개의 단단한 질문으로 해당 분야의 역사를 쉽고 간결하게 살펴보고, 폭넓은 교양 지식을 제공한다. 책 맨 앞쪽에는 부록 ‘무엇이든 물어보세요!’를 수록해 사고력을 높이는 다각도의 질문들을 난이도별로 소개하며 청소년 독자가 능동적으로 질문의 답을 찾도록 안내한다. 이 밖에 해당 학문의 핵심 키워드, 어려운 용어와 개념을 짚는 팁박스로 빈틈없이 이해를 돕는다.

들어가며
무엇이든 물어보세요!

결정적 질문 1_물질과 원자: 세상은 무엇으로
이루어져 있을까?
과학을 탄생시킨 탈레스
세상의 본질을 탐구한 그리스 철학자들
금을 만들고 싶었던 연금술사들
라부아지에가 발견한 질량 보존 법칙
세상은 원자로 되어 있다
원자 모형이 탄생하기까지

결정적 질문 2_지구의 운동: 지구는 세상의 중심일까?
하늘에는 무엇이 있을까?
태양과 별을 관찰해 만든 달력
1년은 365일일까?
점성술과 천문학은 어떤 차이가 있을까?
우주의 중심이 지구라는 오래된 생각
코페르니쿠스적 전환은 무엇일까?
타원형 궤도를 제시한 케플러
종교 재판을 받은 갈릴레이

결정적 질문 3_물체의 운동: 무거우면 더 빨리 떨어질까?
아킬레우스와 거북이의 경주
물체는 왜 움직일까?
갈릴레이의 사고실험
뉴턴이 발견한 3가지 운동 법칙
사과도 달도 떨어진다!

결정적 질문 4_생물의 진화: 최초의 생명은 언제
나타났을까?
아리스토텔레스와 뱀장어
자연발생설과 생물속생설
생명의 기원을 둘러싼 다양한 가설
바다에서 육지로 진출한 원시 생물
생물이 진화한다는 증거
다윈의 자연선택설
최초의 인류가 등장하기까지

결정적 질문 5_유전의 원리: 왜 자식은 부모를 닮을까?
유전학을 탄생시킨 멘델
DNA와 유전자멘델의 3가지 원리
복잡한 유전 현상 · 성별에 따라 다른 유전

결정적 질문 6_대륙의 이동: 땅은 움직일까?
종교와 과학의 대립
대륙이동의 증거들
지구 내부에서 벌어지는 일
모든 지질 현상을 설명하는 판구조론

결정적 질문 7_빛의 정체: 입자일까, 파동일까?
빛을 관찰하기 위한 실험
빛의 속력은 무한할까?
빛은 파동일까?
빛의 속력을 설명하는 특수상대성이론
광전효과의 비밀
빛의 이중성

결정적 질문 8_우주의 탄생: 우주와 별은 어떻게
만들어졌을까?
우주에 대한 불온한 생각
별의 밝기를 측정해 밝혀낸 사실
우주는 팽창한다
아인슈타인 생애 최대의 실수
빅뱅 우주론과 우주배경복사
우주가 생긴 직후 무슨 일이 있었을까?
우주를 이루는 미지의 암흑물질

교과 연계
참고 자료 · 사진 출처

연금술은 값싼 금속을 이용해 금을 만드는 방법을 연구한 학문입니다. 오늘날 누군가 금을 인위적으로 만들 수 있는 방법이 있다고 이야기하면 아무도 믿지 않을 것입니다. 하지만 중세 시대에는 많은 사람이 금을 만들 수 있다고 믿었고 평생을 연금술에 바친 연금술사가 넘쳐 났습니다. 물리학의 대가인 아이작 뉴턴조차도 물리학보다는 연금술 연구에 더 많은 시간을 보낼 정도였어요.
_결정적 질문 1, 21쪽

고대 사람들은 단순히 하늘의 별을 관찰하는 데서 그치지 않았습니다. 그들은 하늘을 보고 ‘시간’이라는 개념을 만들어 냈습니다. 시간은 원래 존재하는 것인데 만들어 냈다는 것이 무슨 말일까 하는 의문이 들 수 있습니다. 그런데 여러분이 사용하는 시간의 단위를 생각해 보세요. 1시간부터 1일, 1개월, 1년에 이르기까지 일상의 시간 단위는 오래전 사람들이 천체의 변화를 관측해 만든 것입니다.
_결정적 질문 2, 40~41쪽

사람의 유전자는 2만 5,000개 정도가 있는데, 46개의 염색체에 나뉘어 들어가 있습니다. 그리고 염색체는 우리 몸을 이루는 세포의 핵 속에 들어 있어요. 즉 우리 몸의 각 세포에는 유전정보인 게놈이 들어 있습니다. 유전자는 염색체 속 DNA에 들어 있는데, 하나의 세포에 들어 있는 DNA의 길이는 약 1.8미터입니다. 우리 몸 속 세포의 DNA를 모두 모아서 일렬로 세우면 태양계를 벗어날 정도로 깁니다. 정말 놀랍죠? _결정적 질문 5, 114쪽

길이가 1미터인 자가 있다고 생각해 보세요. 이 자의 길이는 정지한 사람에게나 운동하는 사람에게나 똑같이 1미터로 보일 것입니다. 마찬가지로 내 시계로 1분의 시간이 지났으면 기차를 타고 가는 친구의 시계에서도 똑같이 1분이 흘렀을 것입니다. 이렇게 길이와 시간은 누가 측정해도 똑같다는 개념을 절대 공간과 절대 시간이라고 불러요. 두 가지는 뉴턴 역학의 기본 가정이자 아인슈타인 이전에는 모두 당연하게 받아들인 개념이었습니다. 하지만 아인슈타인은 이 개념들을 모두 버리고 상대 공간과 상대 시간을 제시하며 ‘빠르게 움직이는 물체의 시간은 느리게 흘러가고 길이는 짧아진다’는 결론을 내렸습니다. _결정적 질문 7, 168~169쪽

현재 과학자들은 은하의 운동뿐 아니라 허블우주망원경으로 암흑물질이 만드는 중력렌즈 효과를 관측하면서 암흑물질의 존재를 확실하게 확인했습니다.
지금까지 인류는 우주에서 10퍼센트 조금 넘는 물질만 관측했을 뿐 암흑물질과 암흑에너지의 정체는 모르고 있습니다. 우주의 비밀을 하나둘씩 벗겨 가다 보면 언젠가 진짜 우주의 모습을 알 수 있는 날이 오겠지요? _결정적 질문 8, 197쪽