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어느 날 문득, 우리 주변을 둘러보면, 창문과 벽, 침대, 책상 그리고 세면대와 거울까지, 정말로 많은 물질과 재료들이 눈에 보인다. 그렇다. 우리가 애써 생각하지 않는다면 구분도 못한 채 당연시 되는 것들이다.

이러한 물질은 어떻게 생성되었을까? 우리의 삶을 풍성하게 하는 재료들은 어떻게 만들어졌을까? 지금도 재료과학자가 현직인 저자는 중요하면서도 홀대받는 물질과 재료에 대해 독자들의 주의를 끌어내었다. 사실 모든 물질과 재료를 한 책에 설명하는 일은 그 어느 누구도 불가능하다. 그런데, 세상을 구성하는 물질과 재료가 어떻게, 왜 만들어지는지 중심원리를 설명하기에는 책에 소개된 7개의 예로도 충분하다. 책이 전하는 예시들은 언뜻 보면 일관성이 없어 보인다. 처음에는 우주의 시작으로부터 물질이 어떻게 생성되었고, 그 것들이 어떻게 그리고 왜 조합되어 지금의 재료가 만들어졌는가를 극단적인 7가지의 예를 설명하였다. 탄성을 가진 고무, 강한 자석, 전선과 초전도체, 잘 깨지지 않는 세라믹과 강철 그리고 마지막으로는 바이러스 백신과 치료제까지, 책을 손에 든 독자들은 차례만 보고서는 이 조합들을 제대로 이해하지 못할 수도 있다. 그런데 책을 읽어가면 빠른 시간 내에 작가의 의도를 파악하게 된다. 모든 장이 하나의 원리로 뭉쳐져 있다. 책은 우주를 지배하고 있는 물리와 화학적 법칙을 다루고 있다. 책을 읽고 나면 학교에서 배운 물리와 화학의 법칙이 이렇게나 유용하고, 또한 생각보다 쉽다는 것을 깨닫게 된다. 금속과 바이러스 백신에 숨어있는 근본적 원리가 같다는 것을 작가는 강조한다. 새로운 물질의 개발에 필요한 원리는 고무건, 금속이건 의약품이건 모두 같다.

물질의 신비한 탄생과 우리 삶 속 재료의 비밀에 대한 탐구, 그 뒤에 숨겨진 과학적 이야기를 담은 이 책은 놀라운 여정을 안내한다. 한승전박사가 집약한 7가지 예시는 단순한 조합이 아닌, 우주의 시작부터 시작하여 고무와 금속, 심지어는 바이러스 백신에 이르기까지 다양한 재료가 어떻게 생성되었는지를 체계적으로, 게다가 매우 쉽게 설명한다. 이 책을 통해 우리가 흔히 접하는 물질들이 어떤 원리로 이루어졌는지, 물리와 화학의 법칙이 얼마나 유용하고 간단한지 깨닫게 될 것이다. 작가는 다양한 재료에 공통적으로 숨겨진 근본적 원리를 명쾌하게 소개하며, 물질의 기원과 우리 삶에서 자주 보는 재료를 근본적인 원리로 설명한 책을 다시 찾기는 어려울 것이다.

재료공학을 전공하여 수십년간 연구를 진행했음에도 불구하고 아는 것보다 모르는 것이 더 많아지게 됩니다. 그런데, 모르는 것이 많아진 다는 것이 그렇게 기분이 나쁘지 않습니다. 왜냐하면 새로운 사실을 알아내는 것이 더 기쁘기 때문입니다. 새로운 것을 음미하고 즐기는 과정에 발견한 진실은 우리가 알고 있는 과학, 즉 몇 가지 기본적인 원리로 전부 연결되어 있다는 사실입니다. 그리고 그 과학적 원리는 새로운 재료를 개발하는데 있어서 소요되는 시간을 막대하게 감소시켜줍니다. 중, 고등학교때 배운 물리와 화학적 지식이 연구의 프로가 되어서도 이렇게나 중요한 것이었다니 새삼 깨닫게 되었습니다. 그렇게나 공부하기 싫었던 학창시절에 그 때 배운 과학적 지식이 삶에 도움이 되고 또 너무 재미있다는 것을 누군가가 알려주었다면 학창시절에 공부가 재미있고 성적도 잘 받았을 텐데요.

세상의 모든 것은 과학적 원리로 설명할 수 있습니다. 비단 물질과 재료에 국한된 것은 아닙니다. 우리가 주변에서 흔히 볼 수 있는 물질은 아주 간단한 원리를 기초로 구성되고 변화합니다. 왜, 어떻게, 언제 그리고 누가 물질과 재료를 만들었는가를 청소년을 포함한 일반인들에게 설명하고 싶었습니다. 전문가는 그 들 특유의 전문용어를 사용하고 그 들의 철학과 지식을 후배 전문가들에게 전달하는 것은 매우 능숙합니다. 하지만 일반인들과 미래의 전문가가 될 청소년들에게 그 내용을 전달하는 것은 아무래도 어려운 것이 사실입니다. 또한 많은 과학자들이 자기 분야의 교양, 입문서를 집필하여 책을 출판하고 있지만 그 분야가 언론에서 다루는 팬시한 분야에 치중되어 있는 것도 사실입니다.

필자는 일본의 유명대학에 초빙교수로 지낸 적이 있습니다. 재료분야에서 모르는 사람이 없을 정도로 유명한 그 연구소에 초빙된 것만으로 영광이었는데, 어느 날 그 곳의 연구원이 자기 연구소에 근무한 사람들이 쓴 책을 보여줬습니다, 130여년의 전통을 가진 그 연구소는 수 십권의 책을 집필한 것이었습니다. 그 중 눈길을 끈 것은 몇 권의 교양과학 서적이었고, 그 연구소 출신들이 쓴 것이었습니다. 왜 이렇게 책을 쓰나요?라고 질문했더니, 수 십년간 연구를 진행하면 다른 분야를 이해하는 통찰력도 생기고, 일반인과 학생들에게, 자기 분야가 이렇게 의미있고, 공부할 만하다라는 것을 소개하고 싶은 마음이 생긴다는 것입니다. 그 말에 적잖이 감명을 받았습니다. 저도 연구께나 잘한다는 소리는 들어봤는데, 일반인에게 과학을 소개하는 것은 사실 엄두를 내지 못해 약간은 창피한 감정도 들었습니다.

그래서 물질과 어떻게 탄생되었는가? 물질은 왜 변화하는가? 어떻게 발견되고 재료로 변화되었는지 고민하고 자료를 찾기 시작했습니다. 어려운 일인 줄 알았는데, 오히려 책을 쓰는 동안 너무 재미있었습니다. 역시 모르는 것을 알아가는 것이 즐거웠습니다. 아하! 하고 깨달을 때 그 즐거움을 다른 사람에게도 알리고 싶었습니다. 물질과 재료뿐만 아니라 그 속에 숨어있는 과학적 원리는 거의 모든 분야에도 사용이 될 수 있습니다. 이 책은 물질과 재료 전공에 국한된 것이 아니라 그 것을 지배하는 과학적 원리에 대해 조사하고 저 나름대로의 해석을 붙여 정리한 것입니다. 영민하거나 과학에 관심이 있는 고등학생부터 어떠한 원리가 우리 세계를 지배하는 것인가를 음미할 수 있을 것이라 생각됩니다.

천성이 과학자라 우리나라에 재료와 물질에 관한 교양과학서적을 조사해 보았습니다. 역시나 별로 발견된 것이 없었습니다. 물질과 재료에 관해 원리에 천착한 교양서적이라고 감히 자부합니다. 많은 분들이 읽고 물질과 재료가 중요하고 무엇보다는 재미있다는 사실을 알았으면 좋겠습니다. 그리고 혹시나 미래의 과학자들이 될 청소년들이 더 좋은 결과를 낼 수 있도록 제 책이 도움이 되었으면 합니다.

한 승 전

책머리에 저자 한승전 4
추천사 몰입아카데미 대표 황농문 9
추천사 (사)대한금속·재료학회회장 회장 이재현 11
추천사 한국재료연구원 원장 이정환 14
추천사 과학동아 편집장 이영혜 17

제1장 별들의 전쟁
1-1 우주에 존재하는 매우 큰 물질 24
1-2 물질의 탄생 28
1-3 별을 만들다 36

제2장 눈으로 볼 수 있는 원자
2-1 너무나 작은 물질 50
2-2 작은 것을 볼 수 있는 기구 53
2-3 원자가 그려낸 명화 66

제3장 탱탱한 고무와 금속
3-1 원래 제 자리로 88
3-2 딱딱한 고무 98
3-3 탄성이 필요한 물질 105

제4장 큰 자석과 작은 자석
4-1 신기한 자석 122
4-2 N극과 S극 125
4-3 제일 작은 자석 131

제5장 열과 전기는 흐른다
5-1 전자의 흥분 148
5-2 열은 이동한다. 153
5-3 전자는 열도 전기도 이동시킨다. 162
5-4 방해받지 않는 전자 166

제6장 강함과 질김
6-1 강하고 잘 늘어나는 금속 178
6-2 예상치 못한 파괴 182
6-3 세라믹의 반격 197
6-4 더 큰 인성을 가진 금속 206

제7장 도전과 응전
7-1 제일 간단한 생물 212
7-2 바이러스가 사는 곳, 세포 216
7-3 항원과 항체 233
7-4 반항하는 분자 239
7-5 새로운 2차 방어선 242
7-6 방어가 아닌 공격 247

맺음말 255
참고도서 및 읽어볼 문헌 260