도서 소개

20세기의 가장 뛰어난 과학자, 신이 세상을 창조하며 감추어둔 비밀을 찾아낸 과학자, 무서운 핵무기의 기본 원리를 발견한 사람, 우주의 미스터리 브랙홀에 대한 이론을 내놓은 과학자, 타임머신을 타고 떠나는 시간여행의 논란을 일으킨 과학자인 아인슈타인. 그는 사고 실험을 통해, 상대성 이론이라는 것을 만들어냈고, 세상을 바라보는 우리의 눈을 바꾸어놓았습니다. 그 결과 아인슈타인은 지난 20세기 동안 가장 유명하고 영향력 있는 인물이 되었습니다. 이 책에서는 유명한 아인슈타인의 이론, 특수상대성원리를 다룹니다. 이 이론이 등장하기까지 그 이전의 과학자들이 어떤 역할을 했는지도 알아봅니다.

  출판사 리뷰

우주를 지배하는 비밀스러운 힘

‘우주의 구조를 바꾸는데 내가 할 수 있는 일은 아무 것도 없다. 하지만 어쩌면 내 목소리를 높임으로써 사람들 간의 온정과 세계평화와 같은 대의를 이루는데 기여할 수 있을지도 모른다.’

20세기의 가장 뛰어난 과학자. 신이 세상을 창조하며 감추어둔 비밀을 찾아낸 과학자. 무서운 핵무기의 기본 원리를 발견한 사람. 우주의 미스터리 브랙홀에 대한 이론을 내놓은 과학자. 타임머신을 타고 떠나는 시간여행의 논란을 일으킨 과학자. 이쯤하면 우리는 바로 아인슈타인을 떠올립니다.

아인슈타인은 알렉산더 대왕처럼 인도 정복에 나서지도 않았고 나폴레옹처럼 전 유럽을 상대로 전쟁을 선포하지도 않았다. 브르노처럼 지동설을 주장하다가 화형 당하지도 않았고, 다윈처럼 생명의 진화과정을 살피기 위해 남아메리카, 남태평양, 오스트레일리아를 여행하지도 않았다. 그의 중요한 모험들은 실제 세계가 아니라 그의 머릿속에서 이루어졌다. 그는 사고 실험을 통해, 상대성 이론이라는 것을 만들어냈다. 그리고 그것을 통해, 세상을 바라보는 우리의 눈을 바꾸어놓았다. 그 결과 그는 지난 20세기 동안 가장 유명하고 영향력 있는 인물이 되었다.

그의 이론을 몰라도 그의 이름을 들어보지 않은 사람은 거의 없을 정도로 유명한 아인슈타인의 이론, 특수상대성원리를 다루고 있습니다.

우리는 이 책에서 그 비밀을 추적할 것입니다

E=mc2

1905년 아인슈타인은 먼저 발표한 4개의 논문을 기반으로 우주의 신비한 질서를 찾아냈습니다. 10년간에 걸친 집요한 빛에 대한 고민이 결국 꽃을 피웠습니다. 이 꽃에서 무궁무진한 에너지와 같은 달콤한 열매와 원자폭탄과 같은 인간에게 쓰디쓴 고통을 주는 두 열매를 맺습니다.
아인슈타인에 의해 에너지는 질량이 될 수 있고, 또 결정적으로 질량은 에너지로 바뀔 수 있다는 것이 알려졌습니다.
그렇다면 에너지는 무엇이고, 질량은 또 무엇일까요? 빛의 속도와 시간은 이것들과 어떤 관계가 있는 것일까요?

아인슈타인의 위대한 스승들

처음 물질이 무엇으로 이루어졌는지에 관심을 가진 사람들은 그리스의 철학자들이었습니다. 그중 데모크리토스는 원자란 개념을 처음 세상에 내놓았습니다. 우리는 데모크리토스부터 아인슈타인의 위대한 발견에 이르기까지 역사속에서 과학의 숨은 이야기들을 찾아 떠날 것입니다. 갈릴레오 갈릴레이를 거쳐 아이작 뉴턴에 이르러 중력과 힘의 원리를 알게되고, 프랑스의 여성 과학자 에밀리 뒤 샤틀레가 정리한 기존의 속도와 힘의 관계를 이해할 것입니다. 또한 앙트완 라부아지에가 내놓은 질량보존의 법칙을 배우게됩니다.

그는 실험을 통해 이것을 증명했는데 지구는 외부와 에너지 교환을 하지 않는 닫힌계, 다시말해 완전히 밀폐된 공간이라면 모든 물질의 질량은 어떠한 변화를 거치더라도 감소하거나 증가하지 않고 언제나 동일하다는 것입니다.
아인슈타인은 이것에서 한 발 더 나아가 질량이 사라지면 그 양에 빛의 속도를 제곱한 만큼 에너지로 변할 수 있다는 토대를 만들었습니다.
그리고 마이클 페러데이는 에너지란 모양이 다를 뿐 하나라는 사실을 알아냅니다. 천둥과 번개를 만드는 힘, 바람을 불게 하는 힘, 따뜻하게 해주는 힘, 동물이나 식물이 자라게 하는 힘과 같이 다양한 형태로 존재하지만 이 모든 것이 에너지란 하나의 힘이란 것입니다.

선배 과학자들이 이루어낸 업적 위에 아인슈타인의 상대성 이론이 세상에 등장합니다.
그의 이론은 원자력 발전과 GPS 등 현대 과학의 많은 부분에 응용되었습니다. 하지만 인류를 불행으로 몰아넣은 무기도 만들어집니다. 리제 마이트너에 의헤 최초로 원자핵분열이 이루어지고, 원자폭탄의 아버지라는 오펜하이머에 의해 인류의 역사는 새로운 국면을 마주하게 됩니다. 아인슈타인은 이에 대해 다음과 같이 말합니다.

'고삐 풀린 원자력은 우리의 사고방식을 지켜주는 모든 것을 바꾸어버렸다. 그 결과, 우리는 비할 바 없는 파국을 향해 표류해가고 있다.'

《과학교과서》시리즈는 과학을 사랑하는 어린이를 위해 만들어졌습니다.

[지혜로 가는 징검다리] 사이언스주니어는 세상을 움직이는 비밀의 문으로 여러분을 초대할 것입니다. 그곳에서우리는 우리 선조부터 쌓아온 지식과 지혜의 힘을 만날 것입니다.

뉴턴은 자신이 이룩한 모든 것은 거인의 어깨 위에서 세상을 보았기 때문이라고 말했습니다.

지금은 우리 인간이 지구의 역사에서 가장 큰 거인이 되었지만, 이것은 모두 우리를 앞서 간 수 많은 사람들이 고정된 틀을 깨뜨리려는 노력들이 있었기 때문에 가능한 것이지요.
하지만 우리가 이렇게 거인으로 남아 있기 위해서는 많은 노력들이 더 필요합니다. 단순히 교과서의 지식만을 머리 속에 채워 넣고 우쭐대는 키만 큰 거인이 아닌 새로운 미래를 꿈꾸는 진정한 거인으로 성장해야 합니다. 그렇게 하기 위해 진정 필요한 것이 무엇인가를 찾는 것은 이제 각자의 몫입니다. 이 책은 그들이 찾고자 하는 것을 위한 최소한의 징검다리가 될 것입니다.

《과학교과서》 시리즈는 이렇게 출간됩니다.

영화관에서 만나는 과학교과서
영화 속 숨어 있는 과학을 배웁니다. 영화에서 다루는 내용들이 과학의 어떤 이론들을 근거로 하는지를 살펴보고 재미있는 영화스토리와 함께 과학도 즐기는 두 가지 재미를 제공합니다. 또한 영화들끼리 어떻게 다르게 과학적인 내용을 표현하는지도 알아봅니다.

4대문명으로 만나는 과학교과서
인류 최초의 문명이 있기까지 과학이 어떤 역할을 했는지를 알아보고 문명이 발달함에 따라 과학이 어떤 변화와 발전을 이루었는지도 살펴봅니다. 그들이 이룩한 과학 문명이 어떻게 현대까지 연결될 수 있었는지도 알아봅니다.

신비한 우주와 만나는 과학교과서
우주의 탄생에서 태양계, 그리고 여러 행성들이 어떤 과정으로 지금의 모습을 갖게 되었는지를 살펴봅니다. 그리고 이들의 신비를 벗긴 과학자들을 알아보고 앞으로의 우주의 모습은 어떻게 될 지도 알아봅니다.

위대한 발견으로 만나는 과학교과서
인류 최초의 불의 발견에서 부터 인류의 역사를 발전시킨 여러 과학적인 발견들을 살펴보고 그 발견들에 얽힌 에피소드를 알아봅니다.

아인슈타인과 만나는 과학교과서-특수상대성이론 편
원자폭탄 개발까지의 아인슈타인 특수상대성이론을 알아봅니다. 이 이론이 등장하기까지 그 이전의 과학자들이 어떤 역할을 했는지도 알아봅니다.

저자의 말

우리는 세상을 얼마나 알고 있을까요? 보이는 것 만큼?
세상을 움직이는 비밀들은 우리 눈에 거의 보이지 않습니다. 어쩌면 우리의 눈을 피해 숨어 있는지도 모릅니다. 그것들을 찾기 위해 먼 옛날의 철학자들이나 과학자들, 혹은 사상가들은 수많은 날들을 숨바꼭질하듯이 찾아 헤매었습니다. 비밀의 문을 연 사람들은 그다지 많지 않았습니다. 그 사람들은 역사의 각 장에서 가장 위대한 인물들로 자리매김했습니다.
그렇다면 그들이 이렇게 위대한 자취를 남길 수 있게 만든 힘은 무엇일까요? 하늘에서 어느날 위대한 영감이 툭하고 떨어졌을까요? 우리 인류 역사가 흘러오는 동안 알게 모르게 쌓아온 수많은 지식과 지혜의 힘이 있었기 때문에 가능한 일이었습니다.

뉴턴은 기적의 해라고 불리는 1666년 인류의 운명을 바꿀 정도로 위대한 발견을 했습니다. 신이 숨겨놓은 비밀스런 세상의 설계도를 찾은 것입니다. 그는 말했습니다.‘내가 이룩한 모든 것은 거인의 어깨 위에서 세상을 보았기 때문이다.’라고. 물론 그 거인은 코페르니쿠스와 케플러, 갈릴레이가 만든 과학적인 토대를 가리킵니다.
거인의 어깨 위에 있다고 누구나 그와 같은 업적을 이룰 수는 없습니다. 떨어지는 사과를 보고 어떤 사람은 계절을 느낄 것이고, 또 어떤 사람은 군침을 삼킬 것입니다. 그런데 뉴턴은 이렇게 생각했습니다.
‘왜 사과는 땅으로 떨어지는데 저 하늘에 있는 달은 땅으로 떨어지지 않을까!’ 그가 가진 의문이 과학사에 있어 가장 위대한 발견을 불렀습니다. 작은 호기심이 그 출발이었죠. 인간이 도구를 만들기 시작하면서부터 대부분의 발견과 발명은 이 호기심 때문에 가능했습니다.
만약 그의 정원에 사과 나무가 없었다면 어땠을까? 하고 생각하는 사람도 있겠지요. 뉴턴의 호기심도 사라졌을까요? 아마 인류의 발전이 엄청 늦춰졌을 것이라고 생각하겠지만 뉴턴은 다른 사람과는 분명히 달랐습니다. 사과가 떨어지지 않았다면 책이라도 떨어졌을 것이고, 탁자 위의 찻잔이라도 떨어졌을테니 그러한 가정은 사실 무의미합니다.

작은 호기심에다 또 하나의 중요한 밑바탕이 필요합니다. 위대한 발자국을 남긴 과학자들은 무언가가 달랐습니다. 선조들의 유산을 뛰어 넘는 새로운 생각의 틀을 가졌죠. 우리가 학교에서 답안을 작성하듯 그렇게 지식만을 추구한다면 아무리 뛰어나더라도 그 이상을 넘어 새로운 세계를 열 수는 없습니다. 그 지식을 바탕으로 신세계의 문을 열 지혜가 필요합니다. 지식은 지혜로 가는 징검다리인 셈이죠.
20세기의 가장 위대한 과학자 중의 한 명인 닐스 보어가 코펜하겐대학의 물리학과에 다니던 시절의 재미있는 일화가 있습니다. 어느날 그의 교수가 그에게 ‘기압계를 줄테니 그것으로 고층 건물의 높이를 재는 법을 쓰시오’라는 문제를 줍니다.
보어는 “건물 옥상에 올라가 기압계에 줄을 매달아 아래로 늘어뜨린 뒤 줄의 길이를 재면 된다”고 답을 써 냈습니다. 사실 교수가 생각한 답은 높이에 따라 기압이 달라지기 때문에 이를 이용해 높이를 계산하는 것이었습니다. 하지만 보어는 누구나 생각하는 지식에만 의존하는 답이 싫었습니다.
그의 성적은 물론 형편없이 나왔습니다. 그러자 보어는 5가지의 답을 더 준비해 교수에게 제출합니다. 첫번째는 ‘기압계를 ?지고 옥상에 올라가 아래로 떨어뜨린 뒤 낙하 시간을 잰다. 그럼 건물의 높이는 (½×중력가속도×낙하시간2)이다’ 라는 답을 제시하고, 다음으로 네 개의 답을 더 준비하는데 ‘옥상에서 바닥까지 닿는 긴 줄에 기압계를 매달아 시계추처럼 움직이게 하고 그 주기를 측정하면 줄의 길이를 계산할 수 있다’와, 이등변 삼각형의 닮음비의 법칙을 이용한 답 등을 내놓습니다. 그런데 무엇보다 재미있는 것은 맨 마지막 답이었습니다. 그는 ‘기압계를 건물 관리인에게 선물로 주고 설계도를 얻는다’였습니다.
만약에 보어가 이전의 과학자들이 이룬 업적을 배우고 다시 전달하는데 만족하는 사람이었다면 오늘날 미시 세계를 규명하는 양자역학은 탄생하지 못했을 것입니다. 고정된 생각의 틀을 과감히 깨고 나와 새로운 세계를 보는 눈, 그것이 바로 지혜로운 과학자의 조건입니다.
지금은 우리 인간이 지구의 역사에서 가장 큰 거인이 되었습니다. 앞서 간 수 많은 사람들의, 이미 고정된 틀을 깨는 노력 때문에 가능했습니다. 그러한 과정이 없었다면 우리는 여전히 사냥을 하며 과일을 따먹고, 동굴 속에서 추위와 싸우고 있을지도 모르는 일입니다.
이 땅에서 공룡이 자신들의 지위를 내주고 사라질 때까지도, 사실 인간은 힘을 가진 존재가 아니었습니다. 오히려 작은 위협에도 벌벌 떨어야 했던 연약한 동물에 지나지 않았습니다. 우리는 그들을 원시인이라 부릅니니다. 원시인은 자연의 지배자가 아니라 자연에 무조건 복종하는 노예에 불과했습니다. 그들이 사는 숲이나 들, 강가, 바닷가 그 어디에서도 다른 동물들에 비해 자유롭지 못하고, 어느 동물보다도 나약한 존재였습니다.
언제부턴가 원시인은 그 나약함에서 벗어나기 시작했습니다. 동물들이 갖지 못한 호기심과 엉뚱하게 여겨지는 남다른 생각을 했던 어떤 한 원시인의 작은 발견은 인간에에 힘센 팔과 튼튼한 다리를 주었습니다. 바로 ‘불’을 발견한 것입니다.
이전까지 그들에게 불은 위협적이었습니다. 자신들의 몸을 데이기도 하고, 그들의 움막을 송두리째 태워버리기도 했습니다.
하지만 최초로 불을 그들의 거처로 가져온 이가 있었습니다. 아마 불을 자신의 거처로 가져 오기까지 많은 두려움이 있었을 것입니다. 어쩌다 화상을 입기도 하고, 자신의 몸에 불이 붙어 이리저리 뛰어다니다 산불을 내기도 했을지도 모릅니다. 불을 자신의 것으로 만들기 위해 수많은 도전을 했겠지요. 친구나 가족을 잃었을지도 모릅니다. 그런 도전과 희생으로 얻은 ‘불’은 인간을 거인으로 만들어주었습니다.
거인이 된 인간은 자신의 몸보다 몇 배 큰 물체도 쉽게 들어 올릴 수 있는 팔을 가지고 있습니다. 가만히 앉아서도 수천 킬로미터를 계속해서 달릴 수 있는 발을 가지고 있습니다. 지금껏 어떤 새들도 날아오르지 못했던 곳까지 데려다 줄 수 있는 날개를 가지고 있고, 바다 속 어떤 물고기보다도 빠르고 유연하게 물속을 헤엄치게 만드는 지느러미를 가지고 있습니다. 그에게는 또한 아무도 찾을 수 없는 곳에 숨어 있거나 어둠에 가려있는 물체라도 볼 수 있는 눈이 있으며, 세상 어디에서든 속삭이듯 말하더라도 들을 수 있는 귀가 있습니다.
하지만 우리가 이렇게 거인으로 남아 있기 위해서는 많은 노력들이 더 필요합니다. 단순히 교과서의 지식만을 머리 속에 채워 넣고 우쭐대는 키만 큰 거인이 아닌 새로운 미래를 꿈꾸는 진정한 거인으로 성장해야 합니다. 그렇게 하기 위해 진정 필요한 것이 무엇인가를 찾는 것은 이제 각자의 몫입니다. 이 책은 우리들이 찾고자 하는 것을 위한 최소한의 징검다리가 될 것입니다.

  작가 소개

저자 : 과학노리
과학노리는 창의·사고력 중심의 초등수학·과학 교육을 위한 교재의 개발과 연구에 힘쓰고 계시는 선생님들의 모임입니다. 과학노리를 이끌고 있는 김양동 선생님은 서울대학교를 졸업하고 초등 창의·사고력 기반의 수학·과학 교육과 다양한 도서의 집필과 기획했습니다.
김성룡 선생님은 서울대학교 응용생물화학부를 졸업한 수 박사 과정을 마치고 서울대학교에서 강의와 조교를 하셨으며 지금은 미국 하버드 대학에서 연구 활동을 하고 있습니다.
김형우 선생님은 서울대학교 수학과를 졸업하고 대학원에서 물리학을 전공한 후, 현재 과학노리에서 아동·청소년 도서를 기획하고 있습니다.
고산 선생님은 서울대학교에서 경영·인문·미술대학을 졸업하고 대학원을 마친 후 현재 과학노리에서전문 기획자로 있습니다.

  목차

첫 번째 이야기에너지, 세상을 지배하는 힘 - 아인슈타인과 페러데이
두 번째 이야기 물질의 세계, 그 비밀을 찾아서 - 질량보존의 법칙
세 번째 이야기 빛이란 과연 무엇일까? - 빛의 속도
네 번재 이야기 움직이는 물체의 가속도 - 속도와 에너지
다섯 번째 이야기 아인슈타인의 세계를 놀라게 한 1년 - 아인슈타인 이론의 출발
여섯 번째 이야기 아인슈타인과 핵의 숨겨진 비밀 - 미시세계 이야기
일곱 번째 이야기핵분열과 새로운 미래 - 핵분열의 시작
여덟 번째 이야기원자 속에서 찾아낸 힘 - 미래의 희망과 절망

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