원자에서 인공지능까지, 하나로 이어진 물질의 세계를 탐험하는
8가지 과학 개념 이야기
우리의 삶과 무관한 것으로 과학을 오해하고 흥미를 잃어버린 청소년들을 위해 과학의 여덟 가지 핵심 주제를 친근한 이야기로 풀어썼다. 과학이 실험과 탐구를 거듭하여 오늘날에 이르기까지의 이야기를 들려준다. 과학적 사고가 싹튼 이야기, 참과 거짓을 하나둘 증명해 내면서 발달한 과학 개념들, 그리고 과학적 진리를 알기 위해 헌신한 과학자들의 삶의 이야기가 흥미롭게 담겨 있다.
누구나 빅 아이디어를 통해 과학의 세계로 들어간다!
4차 산업혁명과 인공지능 등 과학 기술이 우리 삶의 모습을 크게 바꿔놓을 것이라는 기대와 두려움 속에서 이제 과학은 이 시대 개인과 사회의 필수 교양이 되었다. 과학 지식 그 자체가 인문학의 범주에 들어와 버린 것이다. 오늘날 과학 없이는 누구도 미래를 상상하지 못한다. 그런데 과학을 이해하고 과학 기술이 일으키는 사회적 문제의 해결에 참여할 수 있는 능력이 거저 주어지지는 않는다.
누구나 어릴 적에는 과학에 흥미를 느끼는 순간이 있지만, 암기해야 하는 불변의 법칙들, 진저리나는 시험을 거치다 보면 어느새 과학은 삶에서 멀리 떨어진 학문이 되어 있다.
현대 사회에서 가장 중요한 것이 과학이라고들 하지만, ‘과학에 입문’하기란 쉽지 않다. 과학 교과서는 여전히 연관성을 찾기 힘든 개별적인 지식들로 채워져 있고, 과학 고전을 보려 해도 어려울 뿐더러 현대 과학의 성취까지 담아내지는 못한다.
과학의 핵심은 ‘결과’가 아니라 ‘과정’이다. 그런데 과학 교과서에는 과학의 역사에서 잘못된 이론으로 판명난 것들을 제거하고 결과만을 열거하고 있다. 학생들은 과학이 오류를 수정해 가는 과정에서 발전했다는 사실을 모르는 채, 처음부터 과학이 훌륭했던 것으로 여기고 쉽게 사고를 확장하려 하지 않는다. 과학적 사고를 체화하고 과학적 성취의 비결을 알기 위해서는 과학의 역사가 꼭 필요하다. 그렇다고 기존과 같이 사건의 시간적 순서로 된 과학의 역사는 역사적 사실의 나열 이상의 의미를 갖기 힘들 것이다.
이 책은 과학의 빅 아이디어로 일컬어지는 개념들로 과학의 역사를 재구성함으로써 과학의 세계로 들어가는 독특하고도 흥미로운 길을 제시했다. 빅 아이디어를 중심에 놓고 과학적 발견 과정을 추적함으로써 과학의 결과물이 아니라 과학자들이 했던 질문, 그리고 그 질문에 답하기 위해 필요했던 용기와 끈질김, 과학적 성취의 기쁨에 더욱 실감나게 다가가 과학을 보는 새로운 눈을 제시해 준다. 고대로부터 현대의 최신 과학까지 이어진 생각들을 통합하여, 분화되고 개별화된 과학의 세계를 하나로 꿰뚫는다. 그 과정에서 과학을 사회적 시대적 문제를 해결하는 인간의 이야기로 통찰하게 돕는다.
과학 개념이 사람과 사건, 삶의 이야기로 되살아난다
이 책은 우리의 삶과 무관한 것으로 과학을 오해하고 흥미를 잃어버린 청소년들을 위해 과학의 여덟 가지 핵심 개념을 친근한 이야기로 풀어썼다. 저자 정인경은 신화적 설명에 맞서 스스로 생각하기 시작한 그리스의 자연철학자들의 질문으로 시작하여 물질, 에너지, 진화, 원자, 빅뱅, 유전자, 지능에 이르는 빅 아이디어를 하나하나 풀어 나간다.
고대 그리스의 자연철학자들로부터 시작한 과학적 전통은 모른다는 것을 인정하고 열린 마음으로 세상을 바라보라는 소크라테스 철학으로 연결되며 이후 수많은 과학자들의 탐구 정신으로 면면히 이어졌다. 과학이 오늘에 이르기까지 그 배경에는 끈질기게 자연현상을 관찰하고 수없이 질문을 던지며 과학적 사실을 밝히기 위해 애쓴 과학자들이 있었다. 빅 아이디어는 이런 과학자들의 삶에서 비롯되었다. 세상의 근본 물질이란 무엇인가? 생명은 어떻게 이어지는가? 에너지의 정체는 무엇인가? 지금의 과학 기술 문명을 만든 위대한 질문과 발견의 순간들을, 도전하고 모험하는 과학자들의 인간적인 이야기와 함께 읽다 보면 과학 개념의 큰 흐름이 저절로 잡히게 된다.
또한 우리가 잘 몰랐던 과학자들의 뒷이야기는 과학을 더욱 친근하게 만들어 준다. 음악가인 아버지의 영향으로 악기를 응용...한 자유 낙하 운동 장치를 발명한 갈릴레오, 전자기파를 발견하기까지 헤르츠의 인내, 어린 딸의 죽음으로 주류였던 창조론을 회의하고 용기 있게 진화론을 확립한 다윈, 상대성 이론으로 큰 획을 그었지만 확장하는 우주론을 폄훼하는 실수를 저지르기도 했던 아인슈타인 등등. 그 가운데 천체까지의 거리를 알 수 있는 법칙을 발견한 헨리 레빗, 태양의 구성 원소를 밝힌 페인가포슈킨이나, DNA의 구조를 파악하는 데 큰 역할을 했지만 크릭과 왓슨의 그늘에 가려진 로잘린드 프랭클린의 이야기 등 남성 중심의 과학 세계에서 과학 발전에 지대한 공헌을 한 여성 과학자들의 이야기도 빠지지 않는다.
이 책은 과학자들이 어떤 시도와 실패를 거쳐 하나의 결론에 도달했는지, 그것이 어떤 반론과 갈등을 이겨 내고 현재에 이르렀는지를 생생하게 펼쳐내면서 교과서의 딱딱한 과학 개념들을 삶의 이야기로, 감수성 있는 과학으로 살려냈다.
과학은 인간을 가장 깊숙이 이해하는 열쇠다.
책 1권에서는 과학에서의 질문의 중요성과 함께 물질, 에너지, 진화를, 2권은 원자, 빅뱅, 유전자, 지능을 다루었다. 1, 2권은 20세기 이전과 이후로 나뉘었는데 앞선 개념들이 기초가 되어 현대 과학으로 확장하며 전체를 이룬다.
세상이 물질로 되어 있다는 단순한 깨달음에서, 원자라는 개념이 성립되고 더 작은 입자가 발견되기까지, 진화론이 제기되고 분자생물학이 진화의 메커니즘을 규명하기까지, 원소의 규칙성이 밝혀지고 빅뱅 이론이 인정받기까지, 신경 세포의 작용 원리에서 인공지능까지, 과학의 빅 아이디어를 따라가면 과학 교과서에서 단편적으로 접했던 개념들이 하나로 이어지면서 과학이 세상에 대한 이해만이 아니라 인간 자신을 설명하기 위한 치열한 현장이었음을 알게 된다. 빅 아이디어들은 모두 과학이 밝혀내고자 한 인간학이다. 커다란 과학의 질문과 대답을 통해서 인간은 자신의 존재의 이유와 위치를 숙고하게 되었다. 그래서 과학은 인간을 가장 깊숙이 이해하는 열쇠다. 빅 아이디어를 중심에 두고 인간으 이야기를 풀어낸 이 책은 그런 관점에서 진정 통합적이고 인문학적인 과학책이다.
Ⅰ. 질문 : 질문이 있는 곳에 과학이 있었다 13
1. 세상에 진리가 있다 17
플라톤에게 가장 소중한 사람ㆍ소크라테스의 죄는 무엇인가?
진리를 믿고 죽다
2. 신화에서 과학으로 29
과학을 발전시킨 민주주의ㆍ과학적 사고란 무엇인가?
아낙시만드로스의 아페이론ㆍ왜 지구가 떠 있다고 한 것일까?
3. 그리스의 원자론이 현대에 이르기까지 43
꿈에서 데모크리토스를 만나다ㆍ궁극의 입자를 찾기 위해
4. 앎과 삶은 어떻게 연결될까? 56
다시 플라톤, 철학과 과학을 연결하다ㆍ우주는 신이 쓴 수학책
모든 인간은 본성적으로 앎을 원한다ㆍ모든 사람들이 믿는 것이 진리다
Ⅱ. 물질 : 세계는 물질로 이루어졌다 71
1. 비정한 혼돈의 시대 75
하늘을 보라ㆍ존재의 대사슬ㆍ종교 재판의 야만성
2. 자연은 수학의 언어로 되어 있다 86
망원경으로 밤하늘을 보라ㆍ측정할 수 없는 것도 측정하라
자유 낙하 운동 실험 장치를 고안하다
3. 나는 가설을 만들지 않는다 108
눈만 뜨면 그 생각뿐이었으니까ㆍ뉴턴의 운동 법칙
좌표계, 변화율, 미적분학ㆍ왜 부등속 타원 운동을 하는 거지?
왜 과학은 믿을 만한 지식인가?
4. 우주의 법칙이 ...중세의 위선을 벗기다 127
사과와 함께 일어선 인간의 자각ㆍ계몽 운동, 사실을 토대로 가치 판단하다
Ⅲ. 에너지 : 에너지라는 과학적 개념에 대하여 135
1. 정보를 전달하는 전신기 139
세계를 잇는 연결망의 탄생ㆍ1858년 대서양 해저 케이블 설치
전선에서 무슨 일이 일어난 것일까?
2. 공간에 상상력을 펼치다 150
왕립과학연구소 험프리 데이비의 조수ㆍ원을 그리는 힘 전기와 자기가 어떻게 서로를 유도할까?
3. 전기와 자기, 빛을 통합하다 162
포기하지 않고 계속 나아갈 것ㆍ맥스웰 방정식이 알려주는 것
하인리히 헤르츠의 일기장
4. 에너지는 형태만 변할 뿐, 사라지지 않는다 180
생명 활동은 에너지의 흐름ㆍ열은 운동이다ㆍ열역학 법칙의 등장
Ⅳ. 진화 : 장엄한 생명의 역사 195
1. 누가 신의 창조를 부인하는가? 201
창조론자에서 진화론자로ㆍ비통하고 잔인한 상실
신은 창조하고 린네는 분류하고ㆍ다윈에게 꽃의 의미는?
2. 지구의 나이는 몇 살일까? 210
측량 기사 스미스, 영국 지질학의 아버지가 되다ㆍ어제는 오늘과 같았다
라이엘의 『지질학의 원리』
3. 위대한 과학 여행기, 『비글호 항해기』 224
생명의 나무, 생존 투쟁, 자연 선택 4. 털 없는 원숭이가 말하는 『인간의 유래』 240
지울 수 없는 흔적ㆍ루시, 최초의 인류ㆍ무계획적인 우연의 결과
더 읽어 볼 책 & 참고 문헌 253
우리는 지구라는 배를 타고 가고 있는 거야. 지구의 모든 사람들은 배를 타고 가는 승객이지. 지구에 있는 모든 것은 지구와 함께 운동하고 있어. 만약에 우리가 하루에 시속 1670킬로미터로 자전하는 것을 느낀다면 괴로워서 견딜 수가 없을 거야. 지구에서 살도록 진화한 우리는 지구의 자전과 공전에 적응된 감각 기관을 가졌어. 우리의 눈에는 지구가 도는데 태양이 도는 것처럼 보였던 거야. -1권 94쪽
사실 톰슨은 해저 케이블을 보고 경악했어. 절대 이 케이블은 안 된다고 만류했지. 케이블의 구조를 모조리 바꿔야 한다고 말했는데 받아들여지지 않았어. 사이러스 필드의 케이블은 세 겹으로 만들어졌어. 가운데 구리선에 얇은 절연용 고무를 감고, 다시 전체를 철로 감았지. 깊은 바닷 속에서 끊어지지 않도록 마지막에 철로 단단히 감싼 거야. 그런데 이것이 문제였어. 케이블의 고무 절연체는 너무 얇았고, 철로 감싼 부분 때문에 전기는 바닷물 속으로 유출될 수밖에 없었지.
이때 톰슨은 패러데이의 전자기장 이론을 가지고 사이러스 필드를 설득하려고 했어. 전자기장 이론에 따르면 전류는 사람들이 생각하는 전선 속에 흐르는 물질이 아니야. 패러데이는 전류가 흐르는 주변에 보이지 않는 힘의 장, 즉 전자기장이 있다고 주장했어. 1권 147쪽
이렇게 화석과 시간을 연결하는 것에는 놀라운 사실이 숨어 있었어. 특정한 지질학적 환경에 특정한 생물이 살고 있었다는 거야. 또 어떤 생물이 잘 살다가 갑자기 없어져서 다시 나타나지 않았다는 것을 의미했어. 중생대에는 고생대의 삼엽충이 사라지고 새로운 생물종인 암모나이트가 출현했다는 거지. 왜 이런 일이 일어났을까? 그 많던 생물종이 왜 멸종하고, 새로운 생물종은 어떻게 출현했을까? 궁금할 수밖에 없었어. 1권 214쪽
19세기 다윈의 진화론은 생명의 이야기를 새롭게 썼어. 20세기의 물리학과 화학, 천문학, 분자생물학은 여기에서 더 많은 것을 밝혔어. 지구의 작은 생물체에는 은하, 태양계, 지구의 역사가 모두 수록되어 있었어. 생명의 이야기는 우주의 이야기와 연결돼. 과학자들에 의해 빅뱅부터 인간이 출현하기까지 138억 년의 역사가 새로 작성되었어. 바로 빅 히스토리야. 우주에서 대폭발이 일어나서 은하, 항성, 행성이라는 물질이 생겨나고, 행성에서 다시 생명이 출현하고, 생명은 다시 의식이 있는 생물로 진화했지. 물질에서 생명, 의식으로 이어지는 우주의 대서사시가 이렇게 완성되었단다. 이 내용은 2권에서 살펴보도록 하자. 1권 252쪽
정인경 [저]
고려대학교 수학과를 졸업한 후 서울대학교 과학사 및 과학 철학 협동 과정에서 한국 과학사를 공부했습니다. 과학관에 관련된 일에 참여하면서 현장 경험이 녹아 있는 국립과학관의 역사를 써서, 고려대학교 과학 기술학 협동 과정에서 박사 학위를 받았습니다. 고려대학교 과학 기술학 연구소에서 역사와 과학 기술, 과학관에 관한 연구와 글쓰기에 관심을 쏟고 있습니다. '청소년을 위한 한국 과학사'를 썼습니다.
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