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아름다운 실험 : 세상을 증명하는 실험과학의 역사
필립 볼, 고은주 ㅣ 소소의책
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2024년 05월 20일
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248page/195*253*29/1110g
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9791171650125/1171650124
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  • 아름다운 실험을 통해 과학의 역사를 읽는다! 다채롭고 풍부한 일러스트와 사진이 눈길을 끄는 이 책은 실험 설계나 구상, 과정 등 여러 방면에서 수행된 실험을 복잡하지만 상세하게 들여다본다. 세계적인 과학 저술가 필립 볼은 이 책에서 최초의 현미경과 망원경부터 오늘날의 거대한 입자충돌기에 이르기까지 새로운 과학기술과 기기가 어떻게 만들어졌는지, 그리고 실험이 무엇이고 과학에서 어떤 역할을 했는지를 통찰력 있게 이야기한다. 또한 수천 년의 역사를 거슬러 올라가고 여러 지역에서 어떤 실험이 왜 논쟁을 불러일으켰는지를 간결하게 서술하면서 사람들이 세상을 어떻게 이해하게 되었는지, 세상에 무엇이 존재하는지, 그 본질이 무엇인지를 탐구한다.
  • 실험해보지 않고 무슨 일이 일어나는지 어떻게 알 수 있을까? 세상을 탐구하고 현상을 증명한 과학자들과 놀라운 실험 정신 과학에서 실험이란 무엇이고, 왜 필요할까? 우리가 학교에서 배운, 변함없는 진리로 여겨지는 여러 이론과 지식은 어떻게 과학의 기초로 받아들여지게 되었을까? 과학에서 실험은 어떤 역할을 할까? 그리고 실험이 어떻게 아름다울 수 있을까? 이러한 의문과 그 답을 두고 역사적으로 논쟁이 끊이지 않았다. 고대와 중세에는 ‘경험’과 ‘실험’이라는 말이 비슷한 의미로 쓰였는지도 모른다. 실험철학의 아버지로 알려진 17세기의 영국 철학자 프랜시스 베이컨은 지식을 얻기 위한 계획적인 행위만이 진정한 실험이라고 말했다. 그저 아무거나 관찰하는 것을 실험이라고 할 수는 없다는 것이었다. 실험은 인위적으로 조작되고 복잡한 도구가 필요하므로 순수한 자연 세계가 어떻게 작동하는지를 설명하기엔 역부족이라는 비판에 맞서, 베이컨은 실험이야말로 세상을 이해하는 가장 좋은 방법이라고 주장했다. 시대에 따라 그 개념이 조금씩 달랐지만, 실험은 여전히 과학이 안고 있는 문제를 검증하는 가장 좋은 방법임에 틀림없다. 과학은 실험을 통해 반증될 수 있는 가설로 이루어져 있다고 가장 명확하게 주장한 사람은 20세기 중반의 철학자 칼 포퍼였다. 물론 과학에서 실험의 역할이 지나치게 강조되는 경우가 많다. 과학자들은 가설을 세워 예측한 뒤 실험을 고안해 가설을 시험대에 올려놓는, 이른바 ‘과학적 방법’에 따라 연구를 수행한다고 주장하곤 한다. 하지만 말썽을 일으키는 형편없는 실험도 적지 않다. 애초에 실험 방법이 잘못 설계되었거나, 결과에 영향을 주는 통제되지 않은 요인이 너무 많을 수 있기 때문이다. 따라서 가설을 엄격하게 검증하고, 때로는 단호하게 배제할 수 있는 체계를 찾아내는 것이야말로 과학 실험에서 가장 중요한 부분이다. 세계적인 과학 저술가 필립 볼이 쓴 이 책은 역사적인 과학 실험을 엄선하여 각 주제에 따라 여섯 개의 장으로 나누고, 그 안에서 60가지의 실험을 시간 순으로 구성했다. 또한 ‘쉬어가는 페이지’를 통해 실험에 관련된 흥미로운 주장과 논점을 끄집어내어 적절한 사례를 들어 이야기하고, 때로 독자들이 명확히 이해하도록 핵심 주제를 세분화하여 짧게 설명하고 있다. 사실 오늘날 우리가 배우는 과학 지식은 꾸준히 순차적으로 축적된 것이라기보다 우연히 발견되거나 발명된 것이 대부분이다. 그런 만큼 흥미롭고 기발하고 의외의 사건도 많다. 기원전 2000년경 중동에서 누군가가 철광석을 석탄으로 가열하여 쇳물이 녹는 것을 처음으로 발견하여 철기시대를 열었다. 수많은 고대의 약물이 실험 중에 시행착오를 통해 발견되었는데, 그중 대다수가 분명 쓸모없거나 유해했지만 치료 효과가 탁월한 약물도 있었다. 이런 발견은 천연 물질을 체계적으로 조작한 것이 아니라 운이 좋아서 빚어진 결과이므로 실험으로 간주할 수 없다는 의견이 제기되기도 한다. 하지만 그런 시각은 부당하다. 고대의 장인들은 페인트, 염료, 유리, 시멘트, 화장품 같은 물품을 만들기 위해 상당히 정밀한 제조법을 사용했고, 이는 분명 세심한 관찰을 통해 연마되었다. 당연히 그들은 ‘이 성분을 저 성분으로 바꾸면 색이 더 밝아지지 않을까? 치료 효과가 커지지 않을까?’라고 궁리하며 적극적으로 새로운 무언가를 찾고 있었을 것이다. 실험 행위의 기준을 둘러싼 논쟁은 앞으로도 계속될 것이다. 경쟁이 되는 이론을 지지하는 사람들이 실험의 해석을 두고 끝없는 분란을 일으킬지도 모른다. 어떤 과학자는 잘못된 질문을 제기했다는 이유만으...
  • ㆍ서문 1│세상은 어떻게 작동하는가? 01 지구의 크기 측정 02 지구의 자전에 관한 직접적인 증명 03 에테르를 찾아보자 04 일반상대성이론의 검증 ??쉬어가는 페이지 1ㆍ실험이란 무엇인가? 05 좌우 대칭성이 깨지다 06 중력파의 발견 2│어떻게 이런 일이 일어날까? 07 떨어지는 물체를 관찰하다 08 자유낙하운동에서 가속도의 법칙을 추론하다 09 기압의 영향 ??쉬어가는 페이지 2ㆍ새로운 기술이 과학에 미치는 영향 10 진공과 공기의 탄성 11 열의 근원 12 전기모터와 전자기 유도 3│세상은 무엇으로 만들어졌을까? 13 모든 물질이 물로 구성되어 있다는 ‘증거’ 14 공기와 물의 화학적 구성 15 산소의 발견 16 전기분해를 통한 알칼리 금속의 발견 17 분자의 ‘손대칭성’ ??쉬어가는 페이지 3ㆍ아름다운 실험이란 무엇인가? 18 3차원 형태의 당 분자 19 라듐과 폴로늄의 발견 20 새로운 형태의 탄소 21 DNA 접기로 만든 구조체 22 현미경을 처음으로 사용하다 23 브라운 운동의 이해 24 알파 입자의 성질과 원자핵의 발견 25 전자의 전하 측정 26 주사 터널링 현미경의 발명과 단원자의 이동 27 안개상자 28 양전자의 발견 29 중성미자의 발견 30 힉스 입자를 발견하다 ...
  • 갈릴레이의 경사면은 양적 실험 연구만을 위해 설계한 최초의 장치이다. 과거에 자연철학자들은 자연이 어떻게 작동하는지를 조사할 때 작대기와 막대, 어두운 방, 프리즘과 항아리 등 손으로 다룰 수 있는 자원을 활용하곤 했다. 하지만 갈릴레이의 경사면은 특정 목적을 위해 제작한 진정한 과학 기기였다. 이 실험은 전문적인, 그래서 가끔은 매우 값비싼 과학 기기가 사용되는 일이 흔해지는 한 세기의 시작을 알렸다. 과학 기기의 사용으로 ‘전문가’는 단순한 아마추어 애호가들과 점차 구분되었고, 이후에는 때로 거장으로 불리게도 되었다. [08ㆍ자유낙하운동에서 가속도의 법칙을 추론하다]에서 어쩌면 우리는 과학에서 아름다움이라는 단어의 개념을 정확히 이해하려고 너무 애쓰지 말아야 할 것 같다. 그 아름다움을 정량화해서 측정할 수 있는 변수로 만들려 하다가는 생체 해부를 당해 죽음을 맞는 불쌍한 실험실 동물처럼 아름다움이 난도질당하기 쉽다. 아무튼 아름다운 이론처럼 아름다운 실험도 아마 설득력을 얻을 것이다. 왜? 당연히 자연은 아름다우니까! 여기에 위험이 도사리고 있다. 그러니 덮어놓고 아름다움을 추구해선 안 된다. 그러나 아름다운 실험은 거의 당연히 ‘좋은’ 실험이기 십상이다. 명확한 실험, 애매한 점이 없는 실험, 이용할 수 있는 방법을 논리적이고 체계적인 방식으로 활용하는 실험이기 때문이다. 이것은 분명 실험자가 실험에서 바라는 바다. 아름다운 실험은 또한 새로운 것을 배우는 기회도 된다. 이 책에 소개된 실험이 모두 현대적인 관점에서 볼 때 ‘정확한’ 건 아니지만, 이 점이 미적 가치를 떨어뜨리지는 않는다. 모든 과학은 그 시대에 부합하고, 좋은 과학은 나중에 수정되거나 대체되는 답을 만들 수 있고 또 만들고 있다. [쉬어가는 페이지 3ㆍ아름다운 실험이란 무엇인가?]에서 뉴턴은 프리즘이 빛에 어떤 영향을 주는지를 알아내기 위해 치밀한 실험 계획을 세웠다. 그가 몇 가지의 확실한 가설을 세우고, 조사하는 구성 방식을 찾을 때까지 말 그대로 프리즘, 스크린, 렌즈를 갖고 놀았을 거라고 상상해도 무방하다. (뉴턴은 ‘난 가설을 세우지 않는다’고 주장한 것으로 한때 유명했지만, 사실 가설을 세우지 않고는 과학 연구를 거의 할 수 없다.) 실험과학에서는 어떤 현상을 조사하고 싶지만 어떻게 질문해야 옳을지 확실히 알 수 없는 경우가 일반적이다. 그 질문에 답하기 위해 실험 도구와 측정 장치를 어떻게 효율적으로 사용해야 하는지는 당연히 더욱 알기 힘들다. 그래서 실험 시스템을 다루는 감각을 키우는 것이 필요하다. [33ㆍ색의 근원]에서 호흡에 관한 라부아지에의 첫 번째 실험 프로그램은 1776년에 시작되었다. 이때 동물이 보통 공기를 호흡할 때 공기가 어떻게 변화하는지를 면밀하게 측정했다. 그는 밀봉된 유리병 안에 갇힌 새를 실험 대상으로 삼아 새의 호흡이 병 안의 공기를 어떻게 변화시키는지를 관찰했다. 1776년 10~11월에 쓴 논문을 보면 참새가 한 시간도 안 되어 ‘일종의 경련’을 일으키며 죽었지만, 병 안의 공기는 부피가 아주 조금만 줄어들었다고 기록되어 있다. 하지만 공기의 구성이 달라졌다. 다른 새를 같은 병에 넣었더니 거의 즉시 죽었다. 그리고 새가 호흡한 공기를 석회수에 스며들게 했을 때 석회수가 뿌옇게 변했다. 지금 우리가 이산화탄소라고 부르는 기체에 대한 고전적인 실험으로, 당시에는 이 기체가 스코틀랜드의 화학자 조지프 블랙이 명명한 대로 ‘고정 공기’라고 알려졌다. [43ㆍ호흡의 화학적 과정]에서 일부 사람들은 살아 있는 생물이 전기에너지원일 수 있다는 게 말이 안 된다고 생각...
  • 필립 볼 [저]
  • 저자 필립 볼은 과학 작가이자 '네이처'의 편집고문이다. 옥스퍼드대학교에서 화학을 전공한 후 브리스톨 대학교에서 물리학 박사학위를 받았다. 그 후 10년 동안 세계에서 가장 권위 있는 과학저널인 '네이처' 물리화학 분야의 전문 편집자로 활동했다. 국제 언론에 과학 전 분야에 걸친 글을 기고하고 있으며, TV와 라디오에도 출연하고 있다. 저서로는 <화학의 시대> <보이지 않는 것들> 등이 있다.
  • 고은주 [저]
  • 이화여자대학교 물리학과를 졸업하고 독일 에어랑엔-뉘른베르크 대학에서 수학한 후, 충북대학교 대학원에서 심리학 석사 학위를 받았다. 책에 매력을 느껴 기획자와 전문 번역가로 활동하고 있다. 그동안 『책의 미래』, 『아주 특별한 수학 멘토링』, 『철학 한 잔』, 『시간 연대기』, 뉴욕타임스 수학』, 『세기의 철학자들 폭력을 말하다』 등을 우리말로 옮겼다.
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