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인류의 위대한 업적이자
영원한 탐구 대상인 ‘과학’
한 권으로 끝내기!

50가지 키워드로 살펴보는 과학 상식 사전

현대 과학은 수 세기에 걸쳐 과학자들의 전문 지식과 아이디어, 설명을 보태면서 점진적으로 성장해 우리 인간의 삶에 영향을 미친 중요한 성과다. 인간은 늘 과학을 탐구하며 이론을 개발하기 위해 노력해 왔고, 이는 인류 문명이 사라지지 않는 한 앞으로도 이어질 것이다. 아이작 뉴턴, 알베르트 아인슈타인, 갈릴레오 갈릴레이, 마리 퀴리, 니콜라우스 코페르니쿠스 등 수많은 과학자가 우리 삶 곳곳에 있는 과학 원리를 놀라운 통찰력과 성실한 노력을 통해 오늘날 우리가 알고 있는 세상을 만드는 데 중요한 역할을 해냈다. 이 책은 과학의 본질적인 상식 50가지 핵심 개념과 연구의 여정, 더 나아가 시간이 지나면서 파생된 다양한 실험과 이론을 생생한 이미지와 함께 설명한다. 또한 매혹적인 과학의 세계와 이를 위해 노력한 위대한 실천가들을 소개한다.

상대성 이론에서 양자 물리학, 카오스 이론에 이르기까지 중추적인 과학자들의 아이디어를 특징으로 하는 이 책은, 세계에서 가장 중요한 과학적 발견에 대한 최신 정보를 담고 있으며, 다양한 사진과 그림으로 해당 주제를 쉽게 이해할 수 있도록 돕는다.

지구 최초의 생명체는 언제, 어떻게 생겨났을까?
물질의 가장 작은 원소는 무엇일까?
질병은 왜 퍼질까?
빛은 입자일까 파동일까?
갈라진 대륙이 다시 하나로 합쳐질까?

나눌 수 없는 물질과 원자, 그 모든 물질을 구성하는 화학 원소, 우주와 별,
기후, 자연과 화학 순환, 세포와 생물, 양자 물리학과 상대성 이론까지….
인간 삶의 기초가 되는 과학의 50가지 키워드를 살펴본다.

인간과 과학을 따로 떼어놓고 볼 수 있을까? 혹자는 “인간의 발전에 과학은 한계가 있다”라고 하기도 하고, 혹자는 “과학은 인류에 있어 빛이다”라고 하기도 한다. 하지만 현재 우리가 편하게 살아가고 있는 것은 결국 모든 과학기술을 이용하며 끊임없이 발전하고 있기 때문 아닐까? 초자연적인 존재가 만물을 창조했다고 하지만, 합리적이고 물리적인 근거에 의하면 인간도 ‘세포’라는 자연과학 기초의 산물이며, 우리가 들이마시고 공기 역시 화학 원소 원리로 설명된다. 인간은 과학 속에서 과학과 어우러져 살고 있다.

전통적으로 과학을 생물학과 물리학 등 여러 분야로 나누지만, 실제로는 서로 겹치는 부분이 많다. 사실 우리가 과학이 대체로 ‘옳다’는 것을 아는 것은 그 설명이 서로 맞아떨어지기 때문이다. 예컨대 화학은 생물학을 설명하고 그 기초가 되며, 원자 물리학은 화학을 설명하고 그 기초가 된다. (8쪽)

그렇다면 물질, 원자, 원소, 세포의 원리를 궁금해하고 탐구하기 시작한 것은 언제부터일까? 우리는 언제부터 지구뿐만 아니라 우주 원리까지 궁금해한 것일까? 인간은 왜 과학 원리를 밝혀내고 이론을 정립하기 위해 노력하고 현재까지도 더 발전시키고 있을까? 이유는 간단하다. 인간은 우리가 살아가는 작동 원리에 호기심을 갖는다. 이를 더 심층적으로 고민하는 과학자는 탐구심을 억누를 수 없고, 번뜩이는 아이디어와 발견은 인류에 큰 영향을 미치기 때문이다. 과학은 모든 가능성이 열려 있고 따라서 한계가 없다. 이를 어떤 목적으로 연구하느냐에 따라 간혹 악용되기도 하지만, 인간은 분명 끊임없이 궁금증을 해결하고 발견하는 도구로 과학을 이용할 것이다.

우리가 가장 잘 알고 있는 과학자 알베르트 아인슈타인은 200년 이상 세계를 이끌었던 ‘뉴턴의 중력 이론’을 새로운 시각으로 바라보고 그 원리를 다시 설명했다. 그리고 중력을 설명하기 위해 자기 이론을 발전시켜 나갔다. 이처럼 현대 과학은 수 세기에 걸쳐 과학자들의 전문 지식과 아이디어, 설명을 보태면서 점진적으로 성장해 우리 인간의 삶에 중대한 영향을 끼친다.

아이작 뉴턴, 알베르트 아인슈타인, 갈릴레오 갈릴레이, 마리 퀴리, 니콜라우스 코페르니쿠스 등 수많은 과학자는 그들만의 통찰력과 끈기로 인류 문명의 전환점을 가져다줄 만큼의 성과를 이뤄냈다. 이런 성과는 오늘을 살아가는 과학자들의 영감으로 작용해 과학 연구를 이어 나가게 해주는 엔진이 되어준다. 지금, 이 순간에도 전 세계 어딘가에서 새로운 발견을 해내고 이론을 정립하며, 과학은 또 한 단계 발전하고 있을 것이다.


인간이 평생 탐구하고 발전하는 과학, 한 권으로 끝내기!
스스로 사고하고 균형 잡힌 시각으로 바라보는 힘을 키워주는
단 한 권의 과학 교양 사전!

《알아두면 쓸모 있는 과학 상식 사전》은 과학의 본질적인 상식 50가지 핵심 개념과 연구의 여정, 더 나아가 시간이 지나면서 파생된 다양한 실험과 이론을 생생한 이미지와 함께 설명한다. 또한 매혹적인 과학의 세계와 가장 위대한 실천가들을 소개한다.

모든 것이 상대적인 상대성 이론에서 양자 물리학, 카오스 이론에 이르기까지 중추적인 과학자들의 아이디어를 특징으로 하는 《알아두면 쓸모 있는 과학 상식 사전》은 세계에서 가장 중요한 과학적 발견에 대한 최신 정보를 담고 있으며, 다양한 사진, 그림으로 해당 주제를 쉽게 이해할 수 있도록 돕는다.

“과학은 인류의 가장 위대한 업적 중 하나다. 과학은 우리 신체 내부와 주변 우주의 작동 원리를 탐구하고, 이를 명확하고 논리적이며 일관성 있게 설명한다. 참여하는 교양 시민이 되기 위해서는 과학을 이해하는 것이 대단히 중요하다.” (8쪽)

과학은 인간이 존재하기 전부터 존재한 자연 모든 것이며, 인류의 위대한 업적 중 하나다. 과학이 우리 인간의 삶 곳곳에 존재하기 때문에 우리는 과학을 탐구하고 이를 발전시킨다. 책 《알아두면 쓸모 있는 과학 상식 사전》은 물질 탐구부터 우주 작동 원리 탐구까지 현재 과학의 토대가 된 기초 지식을 독자 스스로 사고하고 균형 잡힌 시각으로 바라보는 힘을 키워줄 것이다.

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크레타의 ‘알아두면 쓸모 있는’ 시리즈는 심리학, 철학, 과학 등 다양한 학문에 대해 시각적인 요소를 더해 쉽고 재미있게 안내한다. 독자들이 이해하기 쉽도록 각 학문을 정의하는 대표적인 이론부터 최근의 연구 성과까지, 해당 분야의 가장 중요한 핵심 개념과 주장 등을 각각 50가지 키워드로 묶었다.
한 권으로 해당 학문의 주요 흐름과 내용, 중요한 실험과 연구까지 한눈에 살펴볼 수 있는 입문서인 동시에, 깊이를 채워주는 백과사전의 역할까지 톡톡히 해줄 똑똑한 교양서다.

들어가며

01 나눌 수 없는 물질 물질의 원자론
02 아무것도 존재하지 않는 허공 속으로 진공 상태의 존재
03 물려주기 유전 법칙
04 나눌 수 없는 물질 나누기 원자 구조
05 무통 수술의 시대를 열다 마취제
06 모든 물질을 구성하는 화학 원소
07 화학적 순서 부여하기 주기율표
08 우리를 지탱하는 힘 중력
09 생명의 단위 세포설
10 원자에서 나오는 에너지 방사능
11 영원한 반석 오래된 지구
12 천체를 형성하다 행성 강착
13 가장 작은 생명체 미생물
14 질병이 퍼지는 원인은 무엇일까? 세균설
15 대폭발로 시작하다 빅뱅
16 입자일까 파동일까? 빛을 조명하다
17 전파에서 감마선까지 전자기 스펙트럼
18 찬란하게 반짝이는 별빛 별의 작동 원리
19 우주 공간의 구멍? 블랙홀
20 화학물질은 돌고 돈다 생물 지구 화학적 순환
21 우주의 중심은 태양이다 태양 중심설
22 건강한 신체 균형 유지를 위한 관찰 신체 모형화
23 지구 생명의 기원 자연 발생론
24 합치거나 나눠서 에너지를 생산하다 핵융합과 핵분열
25 우주의 다크 포스 암흑 물질과 암흑 에너지
26 지표면에서 지구 핵까지 지구의 구조
27 충돌하는 판, 이동하는 대륙 지각 변동
28 열과 가스가 과하면 온실 효과
29 너무 뜨겁고 너무 빨라 기후 위기
30 원자들이 줄을 잇는다 자기
31 생명의 책 DNA
32 기본 입자와 입자의 상호작용 표준 모형
33 감염 예방 청결 유지 소독
34 소독보다 더 섬세하고 정확한 살균 항생제
35 물질은 영원히 그대로일까? 물질의 보존
36 모든 것이 질서정연하게 생물 분류
37 세포 내의 세포 세포내공생설
38 백신 접종 vs. 접종 거부 예방 접종
39 생명의 화학 작용을 돕는 손길 효소
40 암석이 층층이 쌓여 층서누중
41 에너지는 절대 고갈되지 않는다 에너지 보존
42 무질서하지 않은 혼돈 카오스 이론
43 유전자 적자생존 진화
44 진화, 이제 유전자와 함께 현대 진화론의 종합 이론
45 죽어 사라져 버리다 멸종
46 모두 상대적일 뿐 특수 및 일반 상대성 이론
47 작은 것보다 더 작은 양자 물리학
48 상자 속의 고양이 불확정성 원리
49 스스로 진화하는 가이아 살아 있는 지구
50 우주에서 우리는 과연 혼자일까? 외계 생명체

찾아보기
그림 출처

과학적 지식의 주요 부분은 이전의 발견들에 기초를 두고 있다. 따라서 진화에 관한 현대적 서술, 다시 말해 현대 진화론의 종합 이론modern evolutionary synthesis은 수십 년에 걸쳐 과학자들이 전문 지식과 아이디어, 설명을 보태면서 점진적으로 성장했다. 현대 과학은 많은 사람의 협력 결과가 누적되어 이뤄진 중요한 성과다. /10쪽

허공의 존재 가능성을 둘러싼 철학적 논쟁은 수 세기 동안 이어졌다. 때로는 심지어 단어의 의미에 너무 얽매이는 것처럼 보였다. 즉 ‘존재’란 어떤 물질이 있는 것을 전제하므로 아무것도 없는 상태는 존재할 수 없다는 것이다. 마침내 실증을 통해 과학이 철학을 누르고 이겼다. /20쪽

전 세계 화학자들은 119 이상의 원소를 찾기 위해 노력해 왔다. 이는 새로운 주기를 주기율표에 추가하는 것을 의미한다. 지금까지 이들은 성공하지 못했다. 원자의 질량이 커질수록 전자는 더 빨리 움직여야 한다. 계산에 따르면 이 사실이 무거운 원소에 대한 제한 요인이 될 것이다. 전자는 빛의 속도보다 더 빨리 움직일 수 없다. 어떤 계산에서는 그 한계가 원소 137, 다른 계산에서는 원소 170이라고 한다. /53쪽

과학자들이 바이러스를 생물로 여기는 것에 모두 동의하는 것은 아니다. 바이러스는 세포가 없고, 생물체라기보다는 자기 복제하는 화학물질로 부를 수 있다. 이들은 숙주 세포, 즉 식물, 동물, 박테리아와 같은 다른 유기체 안에서만 증식할 수 있다. 바이러스와 같은 것이 아마도 살아 있는 세포로 가는 길의 디딤돌이었겠지만, 이들이 ‘살아 있는 것’이라고 주장할 수 있을지는 논란의 여지가 있다. /68쪽

유럽에서 아이작 뉴턴(1642~1727)은 빛의 거장이었다. 그는 렌즈로 백색광을 색광의 스펙트럼으로 분해하고 품질의 변화 없이 다시 백색광으로 재구성할 수 있다는 것을 보여주었다. 그는 우리가 주변 세계에서 색을 볼 수 있는 것은 물체가 색을 생성하기 때문이 아니라 물체가 색광과 상호작용하기 때문이라고 주장했다. 뉴턴은 빛이 입자들로 구성되어 있다고 주장하면서 이를 ‘미립자corpuscles’라고 불렀다. /106쪽

우리가 알고 있는 블랙홀의 일반적인 개념은 물체가 너무 가까이 가면 빨려 들어가는 우주의 구멍이다. 사실 블랙홀은 구멍의 정반대다. 구멍은 물질에 틈이 있는 곳이다. 예컨대 주머니에 난 구멍은 천이 없는 곳이다. 하지만 블랙홀은 물질이 너무 많아서 모든 것을 끌어당기는 엄청나게 강력한 중력을 만들어 내는 곳이다. 그래서 블랙홀은 더욱 밀도가 높아진다. /122쪽

중력과 암흑 에너지의 상호작용을 보고 천문학자들은 세 가지 우주 종말 가능성을 생각한다. 한 가지 가능성은 암흑 에너지가 한계에 도달해서 우주의 가속이 멈출 것이라는 가설이다. 이 시점에서 중력이 암흑 에너지의 힘을 이겨내고 모든 물질을 다시 하나로 끌어들여 궁극적으로 또 다른 빅뱅이 될 수 있는 ‘빅 크런치Big Crunch’를 만들어 낼 수 있다. 또 다른 가능성은 우주 팽창이 영원히 계속되지만, 더 천천히 진행되리라는 가설이다. 이에 따르면 마침내 모든 물질은 에너지로 분해된다. 이 시나리오는 우주의 ‘열 죽음heat death’이라고 불린다. 마지막으로 암흑 에너지가 중력을 이겨내고 궁극적으로 은하, 별들 그리고 심지어 원자들이 뒤틀릴 때까지 더 빠른 팽창을 일으킬 수도 있다. 이것을 때로는 ‘빅 립Big Rip’이라고 부른다. 하지만 이 모든 것은 곧 닥쳐올 걱정이 아니다. 셋 중 어느 것도 앞으로 300억 년 정도는 일어나지 않을 것으로 보인다. /165~166쪽

프랑스의 위대한 군의관 앙브루아즈 파레Ambroise Pare는 1536년 전쟁터에서 심한 부상을 치료하는데 장미 기름, 달걀 노른자위, 테레빈유 등을 사용하는 것이 불에 달군 쇠나 끓는 기름으로 상처를 지지는 잔인한 전통적 관행보다 결과가 훨씬 낫다는 것을 발견했다. 그의 환자들이 운이 좋았다. 그가 끓는 기름이 다 떨어져서 다른 방법을 시도했기 때문이다. 이 방법은 환자가 쇼크사할 가능성이 적을 뿐만 아니라, 세균이 번식하기 어려운 환경을 제공하기 때문에 상처가 치명적으로 감염될 가능성 역시 줄어들었다. /209~210쪽

자연 선택을 통한 진화론은 1859년 찰스 다윈이 처음 제기했다. 그는 그 과정이 생화학적 수준에서 어떻게 작용하는지는 몰랐지만, 유기체가 시간이 지남에 따라 변하고, 세계에서 발견되는 매우 다양한 식물과 동물을 설명한다는 것은 분명하게 알았다. /255쪽

양자 행동의 어떤 측면은 너무 이상하게 보여서 이해하기 어렵다. 양자 차원에서 입자는 동시에 두 위치에 있을 수 있고, 동시에 모든 방향으로 회전할 수 있으며, 순간 존재했다가 사라질 수 있고, 보기에 빛보다 빠르게 즉각 반응할 수 있다. 이런 이해하기 어렵고 이상한 양자 행동은, 우리가 사용하는 언어로는 설명이 제약된다는 사실에서 비롯된다. /279쪽

행성만이 생명체가 발견될 수 있는 유일한 장소는 아니다. 다른 행성, 특히 토성과 목성의 일부 위성이 생명체를 찾기에 더 유망한 장소일 수 있다. 토성의 엔켈라두스Enceladus와 같은 위성에는 잠재적으로 생명체가 숨어 있을 수 있다. 이 위성의 표면은 얼어붙어 있지만, 얼음 아래 수 킬로미터 지점에는 액체 상태의 바다가 있다. 그곳에 생명체가 없을 수도 있고 생명체가 가득할 수도 있지만, 아직은 알 방법이 없다. /291~292쪽

가까운 미래에 어딘가 다른 곳에서 지적 생명체의 증거를 찾을 가능성은 거의 없지만, 태양계에서 과거 미생물의 증거를 찾을 가능성은 훨씬 크다. 이것은 우리에게 무엇을 의미할까? 아마도 심오한 철학적 영향을 미칠 것이다. 우주에 대한 이전의 계시가 그랬던 것처럼 종교적 신념에 대혼란을 일으킬 수 있다. 다른 종류의 생명체가 도처에서 발견된다면 우리는 얼마나 특별할까? 우리보다 훨씬 더 발전된 문명이 있다면? 우리가 우리 자신을 덜 특별하게 느끼면 지구상의 다른 유기체를 더 잘 대할 수 있을까? 이 발견이 어떤 영향을 미칠지 알 수는 없지만, 중요한 것은 분명하다. /299쪽