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모두를 위한 물리학
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모두를 위한 물리학

  • 한스 그라스만
  • |
  • 사계절
  • |
  • 2011-05-30 출간
  • |
  • 319페이지
  • |
  • 153 X 218 X 30 mm /460g
  • |
  • ISBN 9788958285533
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북스크린영상으로 만나보는 한 권의 책 이야기

출판사서평

물리학에서 미래의 희망을 만나다!
세계적 물리학자 한스 그라스만의 모두를 위한 물리학.

물리학은 물질이 작동하는 이치를 다룬다. 비록 물리학이 어렵고 난해한 공식으로 가득찬 학문으로 비칠지라도 물리학은 현대인 모두가 알아야 할 교양이라고 할 수 있다. 왜냐하면 세계에 물리와 관계되지 않은 것은 하나도 없고 궁극적으로 물리학을 통해서 비로소 세계와 인간의 존재 방식을 이해할 수 있기 때문이다. 그래서 수학과 함께 물리학은 중요한 기초 과학으로 통한다.
그런데 현대와 같이 고도로 발달한 과학 기술 시대에 기초 학문으로서의 물리학은 무엇을 할 수 있을까?
과학은 많은 문제를 해결하고 성과를 가져왔지만 아직 많은 과제들이 남아 있다. 세계적 물리학자이며 톱 쿼크의 공동 발견자인 저자 한스 그라스만은 물리학의 입장에서 그 문제들을 설명하고 해결하려고 한다. 그것은 큰 예산을 들이는 거대 프로젝트로만 풀 수 있는 것은 아니다.
예를 들어 힘과 운동, 에너지를 다루는 것이 물리학이라면 현재의 비효율적인 재생에너지의 문제를 물리학을 통해 해결할 수 있을 것이다. 실제로 한스 그라스만은 환경을 구하고 에너지 문제를 해결할 희망의 열쇠가 물리학에 있다고 말한다. 그리고 그것을 실험으로 증명해 보인다. 그는 물리학이 기본으로 돌아감으로써, 곧 모든 사람이 이해할 수 있는 물리학을 함으로써 인류가 부닥친 현실적 문제들도 해결할 수 있을 것이라고 말하며 물리학의 흥미로운 여정으로 우리를 안내한다.

고전 역학에서 현대 양자물리학까지 물리학의 중요한 기초 지식을 망라하고 새로운 물리학 분야인 정보 물리학에 대해 기초 이론을 제공한다.
저자는 유럽입자물리학연구소(CERN)과 미국의 페르미 연구소에서 입자물리학을 연구하고 톱 쿼크의 존재를 증명한 최고의 입자물리학자이자 이탈리아 우디네 대학에서 물리학을 가르치는 교육자이며 동시에 아이소모프라는 물리학 기업의 CEO이다. 매우 독특한 경력을 가진 그는 세계 물리학계의 중심부를 거치면서 과학계 내 외부의 문제를 가장 첨예하게 경험하였다. 그는 과학의 발전을 가로막는 문제들에 비판적으로 접근하고 견해를 피력하면서, 물리학에 대한 열정으로 과학 정책에 표를 던질 대중들을 위해 이 책을 썼다. 특히 청소년과 젊은 연구자들을 위해서 물리학의 가장 밑바탕에 있는 주요 개념과 공식을 비롯하여 물리학이 나아갈 방향, 그리고 정보물리학과 같은 첨단 물리학에 이르기까지 자신의 연구와 경험을 바탕으로 차근차근 이야기해 나간다.

왜 지금 물리학은 미래를 창조하지 못하고 있을까?
1장은 본격적으로 물리학의 이론에 접근하기 전에 프롤로그 격으로 세계화 시대에 물리학이 기초 연구를 함으로써 고귀한 미래를 창조할 수 있지만 현실에서는 왜 그렇지 못한지를 역설한다. 비대해져서 세금만 낭비하는 연구 행정과 비효율적인 연구 현실, 그리고 저자 자신이 현실에서 작동하는 물리학을 하기 위해 기업을 설립하게 된 경위를 쓰고 있다.
독일과 이탈리아에서의 저자의 경험이지만 우리나라의 현실과도 그리 다르지 않아 보인다. 젊은 과학자들에게 연구의 자유를 주어야 하며 지원을 아끼지 말아야 한다는 저자의 주장은 전시 행정적인 프로젝트와 이름뿐인 연구소에 거액의 예산을 들이며 대다수 젊은 과학자들에게 좌절감을 안겨주는 현실을 보면 그리 지나치지 않아 보인다. 우리나라에서도 과학의 기초연구를 위한 과학벨트 건설이 가시화되자 과학자들은 이구동성으로 말하고 있다. 지원은 하되 간섭은 하지 말아야 한다, 자율적인 연구가 ‘반드시’ 보장되어야 한다고. 연구의 자유, 생각의 자유, 그것은 모든 과학자들의 간절한 요구이다.

누구나 이해할 수 있는 물리학의 개념, 그리고 재생에너지 분야에 적용된 물리학의 힘!
2장에서 8장까지는 고전물리학에서 현대 양자 이론까지 기본 원리와 개념을 매우 단순하고 명확하게 설명하고 있다. 속도, 에너지와 운동량의 보존, 힘과 공간, 상대성 이론, 벡터, 파동, 양자 이론, 열역학 등이 그것이다. 저자는 뛰어난 교육자답게 가장 간단하게 물리학을 설명하고 있다. 저자의 설명을 보면 물리학은 그리 복잡한 것이 아니다. 이 부분을 읽으면 특히 서구 유럽의 과학적 기초를 확실히 실감할 수 있다. 가장 단순하게, 조작적으로 사고함으로써 가장 복잡하고 난해한 이론을 설명해 내는 것이다. 막대기와 시계로 힘과 운동을 설명하고, cd 한 장으로 양자 역학의 원리를 규명하며, 뜨거운 쇳조각과 차가운 쇳조각으로 열역학을 보여주는 저자의 설명은 매우 탁월하다. 여기까지만 하더라도 매우 소중한 물리 시간이 될 터이다.
그런데 저자는 고전물리학을 이해하고 설명하는 데 그치지 않는다. 놀랍게도 물리학의 기초 이론을 재생 에너지 분야에 적용하여 값싼 에너지를 얻을 수 있는 방법을 실험, 개발해 낸다. 우선 에너지와 운동량 보존 법칙을 가지고 풍차를 연구하여 풍차에서 더 많은 에너지를 얻을 수 있는 장치를 개발하였다.(80쪽) 그리고 만드는 데 비용이 많이 드는 데다 태양빛을 온전히 이용하지도 못하는 태양 전지판이나, 거울을 이용한 태양열 탑에서 생산된 에너지가 물리학을 전혀 고려하지 않은 덕분에 석유보다 더 비싼 에너지가 된 사례들을 보며 태양빛을 더 저렴하고 간단한 장치로 모으고 이용할 수 있는 방법을 개발하였다. 수많은 거울을 단 하나의 모터로 움직이는 선형 거울 시스템이 그것이다(117쪽). 저자는 사람들이 에너지 문제를 해결하고 환경을 구하기 위해서 모든 것을 하려고 하지만 물리학 없이 하려고 한다면 반드시 실패한다고 조언한다. 지금까지 재생 에너지들이 기대만큼 비용 대비 효과를 얻고 있지 못한 현실을 생각하면 매우 의미심장한 부분이 아닐 수 없다.
한 달 전(2011년 4월) 한스 그라스만은 다음 세대를 위한 프란츠 몰 재단에서 수여하는 국제적인 상인 ‘핵 없는 미래 상’(솔루션 부문)을 수상하였다. 후쿠시마 핵발전소 사고가 난 바로 뒤의 일이다. 이 상의 수상 연설에서 그는 이렇게 말한다. “태양 에너지를 모으는 ‘선형 거울’은 기존의 석탄이나 핵발전소가 했던 모든 것을 할 수 있습니다. 열, 전기, 냉장을 비롯한 모든 것을……. 물리학은 기본으로 돌아감으로써 성공합니다.”
거울 시스템을 적용하기 위해 사막 같은 큰 공간이 필요한 것도 아니다. 그는 이 연설에서 자신이 연구를 실행하고 몇 년이 지난 지금 선형 거울 시스템을 집 앞마당이나 빌딩 옥상에도 설치할 수 있게끔 상용화하는 데도 성공했다고 밝히고 있다.
물리학의 기초 이론을 이해하고 실용적인 지식에 적용하는 과정을 보면 누구라도 물리학에 더욱 흥미를 느끼지 않을 수 없다.

새로운 물리학을 향한 일보 전진
저자는 물리학의 기본을 가장 충실히 연구하고 소개하고 있지만 그것은 기존의 물리학만을 붙잡고 있다는 의미는 아니다. 그는 뉴턴 시대의 물리학이 당시에 새롭고 흥미로운 물리학이었던 것과 마찬가지로 지금은 지금 시대에 맞는 새로운 물리학을 해야 한다고 말한다.
새로운 물리학, 그것은 이 책의 9장에서 15장에 해당한다. 여기서 저자는 물리학을 생명과 진화, 그리고 정보에 적용한다. 열역학 제2법칙은 예외적인 공간 없이 모든 것에 적용되는 것이므로 생명도 예외가 아니다. 저자는 열역학적 관점으로 생명의 진화 법칙을 단순하게 설명해 낸다. 열역학 법칙을 진화 과정에 적용하는 흥미로운 내용이나, 정보와 이미지를 처리하는 뇌와 컴퓨터, 곧 시각과 사고에 접근하는 물리학적 관점은 미래 사회에 물리학이 어떤 질문을 던지며 그 해답을 어떻게 추구해 나갈 것인가에 대한 많은 시사점을 준다.
그래서 이 책은 물리를 공부하는 학생과 교사, 과학에 관심 있는 일반인 모두에게 물리학에 대한 기본 개념을 잡아주는 입문서이면서 동시에 물리학에 대한 생각을 한 단계 높여 주며, 드넓은 물리학의 세계에 지평을 열어주어 탐구하고픈 열망을 일어나게 하는 교양서이다.

목차

머리말 : 볼츠만 만세!

1. 세계화라는 동화에 맞서는 물리학
함무라비의 유산 / 의미 있는 행정, 무의미한 행정 / 물리학과의 이별? / 행정과의 이별! / 각자 계산하라 / 연구의 자유 / 할 일이 많다

2. 가능한 모든 것 : 기초
속도, v와 Δ / 가속도, a / 힘 / 질량 / 뉴턴의 운동법칙 / 에너지와 운동량의 보존 / 에미 뇌터 또는 스프링에 양끝이 있는 까닭은? / 최소 작용 / 실제로 그렇다 / 당구공 / 풍력의 예

3. 상대성 : 완전 좋아!
아인슈탄인의 빛 시계 / 피타고라스의 정리 / 역설적이지 않은 쌍둥이 패러독스 / 상대성이 없으면 지멘스도 없다 / 세계 최고의 이론

4. 벡터 계산 vs. 석유 계산
실제를 위한 화살표 / 태양을 향한 벡터, 자유를 향한 벡터! / 최소 시간의 원리 / 석유 대신 거울 / 아르키메데스의 장치 : 풍요 속의 에너지

5. 힘과 공간 : 세계를 결합시키다
공간의 힘, 힘의 공간 : 마당 / 만유인력 / 두 개의 질량, 두 개의 스프링 / 전기력 / 강력과 약력

6. “만물은 수다.”
시간 여행 : 함수 / 모든 것을 위한 단 한 가지 : 사인 함수 / 파동 / 중첩되는 파동

7. 일상적인 양자이론
아인슈타인과 고대 그리스인 / 입자의 원소 / 점, 선, 각, 덧셈 - 끝 / 수학적인 입자 추적 / 정지한 것에서 출렁이는 세계로 / 미세 조건 : 모든 게 가능하지는 않다 /

8. 열역학 : 우연에도 목적이 있다
한없는 단순성 / 먼저 기체방정식은… / … 그리고 이제 엔진 / 이상한 엔트로피 / 두 개의 따뜻한 쇠 / 목적지향성 우연 / 볼츠만 공식

9. 계속 더 해야 하는가?

10. 물리학 없는 진화
발달은 Yes - 발전은 No? / 복잡성 - 복합 / 인간, 동물, 결론

11. 물리학 없는 정보
공격 개시 시간, 새벽 4시 / 섀논의 정보량 / 그것은 무엇인가 : 정보라고?

12. 정보물리학
작은 개 / 정보와 유한(有限) / 디지털 막대기 / 유령상자 / 물리학적인 계산 / 선형 계산 / 모든 사람들을 위한 양자컴퓨터 / 우리의 희망, 셀 마이크로프로세서 / 셈에 관한 질문 / 이미지 인식 / 계산에서 시각으로 / 플라톤과 불 / 눈을 뜨자 세계가 열리다

13. 그렇게 계속할 수 있을 텐데

14. 물리학 있는 진화
생명이란 무엇인가? / 엔진이란 무엇인가? / 극단적으로 복잡한 증기기관 / 생명은 엔트로피를 증가시킨다 / 무의미한 진화, 무의미한 생명? / 정신생명 / 불쌍한 컴퓨터

15. 마침내 미래!
세계의 거울 / 우리는 아직 상상하지 못한다 / 소수의 생존자 / 네트워크의 사회학 / 물리학을 하라!

역자후기

저자소개

저자 한스 그라스만(Hans Graßmann)은 1960년 밤베르크에서 태어났다. 1984년에서 1988년까지 제네바 유럽입자물리학연구소(CERN)의 핵연구센터에서 연구했다. 1994년 마리나 코발, 조르조 벨레티니와 공동으로 톱 쿼크의 존재를 증명하는 데 성공했다. 현재 이탈리아 우디네 대학에서 물리학을 가르치면서 학생들과 함께 에너지 획득과 정보 처리에 관한 새로운 방법을 찾고 있다. 저서로는『톱 쿼크, 피카소 그리고 메르세데스 벤츠』(Das Top Quark, Picasso und Mercedes Benz)와 『쿼크로 이루어진 세상』(Alles Quark Ein Physikbuch) 등이 있다. 2011년 4월 국제적으로 핵 문제 해결을 위해 애쓴 사람에게 주는 ‘핵 없는 미래’(Nuclear-Free Future Award, NFFA) 상을 수상했다. 이 책에도 나오는 선형 거울 시스템이 공로를 인정받았다.

도서소개

물리학에서 미래의 희망을 만난다!

『모두를 위한 물리학』은 톱 쿼크의 존재를 증명한 최고의 입자물리학자이자 물리학 기업 아이소모프의 CEO인 한스 그라스만의 저서다. 물리학의 주요 개념과 공식을 비롯해 물리학이 나아갈 방향, 정보물리학과 같은 첨단 물리학에 이르기까지 자신의 연구와 경험을 바탕으로 물리학에 대해 차근차근 이야기해나간다. 물리학이 기초 연구를 함으로서 미래를 창조할 수 있지만 왜 현실에는 반영되고 있지 못한지 날카롭게 비판하고, 고전물리학에서 현대 양자 이론까지 기본 원리와 개념을 명확하게 설명함으로서 물리학에 대한 이해와 미래에 대해 큰 그림을 그릴 수 있도록 돕는다.
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