세상을 변화시킨 위대한 발견, 그 정수를 담은 논문을 탐독하다
새로운 발견과 그 숨겨진 이야기 ‘방사선과 원소’
과학자들은 우연히, 혹은 끊임없는 실험에 의하여 새로운 발견을 해내고, 그 결과를 논문으로 기록하여 세상에 펼쳐 보인다. 논문은 그들의 연구 결과가 담긴 집약체이며, 이론의 출발점이라고 할 수 있다. 어렵게만 느껴지는 과학 논문을 일반인은 물론 청소년 독자들도 쉽게 읽을 수 있도록 풀어낸 <노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리즈>가 여기에 펼쳐진다.
《세상에서 가장 쉬운 과학 수업 방사선과 원소》는 마리 퀴리가 남편과 함께 노벨 물리학상을 받은 최초의 논문(1898년)과 단독으로 노벨 화학상을 받은 첫 번째 논문(1898년)에 초점을 맞추었다. 두 논문은 새로운 자연 방사능 원소 두 개(폴로늄과 라듐)를 발견한 내용이다. 이와 관련하여 인공 방사선이지만 최초의 방사선인 X선을 발견한 뢴트겐의 논문과 그것을 있게 한 방전관 발명의 역사를 다루었고, 방전관에서 찾아낸 톰슨의 전자 발견 이야기도 곁들였다. 여기에 등장하는 노벨상 수상자들이 주로 실험 물리학자이므로 수식보다는 실험 장치와 실험 방법에 중점을 두었다. 책의 뒤쪽에는 논문 영문본을 실어 오리지널 논문에 대한 간접 체험을 할 수 있도록 하였다.
이 책에는 위대한 발견을 한 과학자들의 에피소드와 함께, 논문을 완성하기까지 반복되는 실험을 통해 결론을 도출하는 과정이 그대로 등장한다. 간혹 수식이 필요한 어려운 부분도 있지만 고등학교 수준의 내용만 알면 이해할 수 있도록 친절하게 설명하였다. 학생과 정교수의 일대일 대화를 따라가다 보면 수학이나 과학에 두려움이 있는 독자들도 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

지난 세기, 새로운 물리학을 찾기 위한 노벨상 수상 과학자들의 이야기 속으로
현대물리학의 거인인 플랑크는 양자라는 입자를 처음 발견했다. 그는 이 입자가 고전 물리학의 입자와는 다르게 불연속적인 에너지가 허용되는 신기한 성질을 지니고 있다고 주장했다. 그는 1900년 양자론 논문으로 갈릴레이와 뉴턴이 완성한 역학 이론을 과감하게 뒤엎었다.
<노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 시리즈> 중의 3권인 《세상에서 가장 쉬운 과학 수업 양자혁명》은 빛이 광자라는 알갱이로 이루어져 있고, 광자가 가질 수 있는 에너지가 어떤 최소 에너지의 정수배가 된다고 가정하는 것으로 시작한다. 이후 플랑크 논문의 영향으로 기존의 물리이론은 수정되었고, 핵물리학이나 소립자물리학도 양자론을 채택하는 등 고체물리학 역시 양자론의 개념을 받아들이게 된다. 플랑크 논문은 양자 시대를 활짝 연 문으로 이후 뉴턴의 역학은 양자역학으로 수정되었고, 보어가 올바른 원자모형을 만드는 데 큰 영향을 끼쳤다.
《세상에서 가장 쉬운 과학 수업 양자혁명》은 플랑크의 양자론에 초점을 맞추었다. 플랑크가 양자론 최초의 논문을 완성한 시점에서 이 논문을 쓰기 위해 공부했던 열역학 이야기를 역사적으로 재미있게 풀었다. 동시에 플랑크가 사람들에게 알려주고 싶어 했던 것을 그의 오리지널 영문 논문으로 자세히 소개했다.
이 책에는 위대한 발견을 한 과학자들의 에피소드와 함께 수식이 등장한다. 어렵다고 느낄 필요 없이 고등학교 수준의 수학 내용만 알면 이해할 수 있도록 친절하게 설명하고 있다. 정교수와 물리군의 일대일 대화를 따라가다 보면 수학이나 과학에 두려움이 있는 독자들도 쉽게 이해할 수 있게 된다.

전국 과학교사모임 추천\t\t
노벨상 수상 오리지널 논문 영문본 수록

수식과의 정면 승부
인류 역사상 가장 아름답고 혁명적인 과학 논문에 도전하다!

이 책의 또 다른 특징은 논문에 사용된 ‘수식’을 그대로 가져왔다는 것이다. 시중의 교양과학 서적들은 수식을 배제한 채 역사적 배경이나 설명만 나열한 경우가 많다. 숫자나 수학 기호만 보아도 머리가 아파 책을 덮어 버릴 독자를 미리 배려(?)한 탓이리라. 그러나 이 책은 그 수식에 정면 승부를 걸었다. 아인슈타인의 논문에는 당연히 수식이 계속해서 등장한다. 이 식들을 배제하고 논문을 읽는 것은 수박 겉핥기일 뿐이다. 저자의 친절한 설명과 함께 아인슈타인이 논문에 썼던 방식대로 아름다운 공식인 E\u003dMc²에 도달하는 과정을 차근차근 따라가 보자.
수학은 과학의 언어라는 말이 있다. 과학을 이해하기 위해서는 과학의 언어인 수학을 알아야 한다. 수학이 바탕이 되어야 과학 내용을 온전히 내 것으로 만들 수 있다.
너무 욕심내지는 말자. 한 번에 이 내용을 다 이해하지 못해도 좋다. 무려 천재 아인슈타인이 쓴 논문인데 어떻게 단숨에 이해할 수 있겠나. 재미있는 과학사 이야기로 술술 따라와도 괜찮다. 아인슈타인이 위대한 이론을 탄생시킨 그 바탕만 어렴풋이 이해해 보는 건 어떨까? 수식은 눈으로 술술 읽어가도 좋다. 내용이 이해될 때 다시 반복해서 읽어보면 성취감이 더 크게 다가올 것이다. 책 뒤편에는 오리지널 논문의 영문본도 실려 있다. 저자와의 만남에서 접한 수식이 눈에 들어오는 뿌듯함도 맛볼 수 있으리라 기대한다.
과학에 미래를 건 학생들이여, 과학을 사랑하며 세상을 바꿔가는 시민들이여. 인류 역사상 가장 아름답고 혁명적인 생각이 담긴 논문에 도전하자. “나 아인슈타인 논문 읽어 봤어!”라고 외쳐 보자. 왠지 어깨가 벌써부터 으쓱으쓱해지지 않는가?

이과생을 위한 과학탐구 대비는 당연히 기본!
문과생에게도 필수인 국어 비문학 과학 지문 철저 대비

최근의 수능 시험(모의평가, 학력평가를 비롯한)은 문제의 지문이 점점 길어지는 추세에 있다. 과학탐구 영역의 문제도 간단히 개념을 묻거나 계산 결과를 도출하는 것에서 그치지 않고 실험 과정을 상세히 나열하거나 과학사적 배경을 설명하기도 한다.
수능 국어 영역의 비문학에서도 과학 분야의 지문이 종종 등장한다. 그런데 비문학 지문을 읽다가 시간 배분을 제대로 못하고 낭패를 보는 경우가 많다. 왜 그럴까? 바로 배경 지식 때문이다. 방대한 양의 지문을 빠르게 읽는 데 가장 도움이 되는 것은 그 내용이 익숙한지의 여부에 달려 있다.
이 책에서는 논문 해설의 중심 줄기를 바탕으로 그 바탕이 된 이론들의 과학사를 함께 다룬다. 이론을 발견한 과학자의 생애, 새로운 발견에 대한 에피소드를 함께 읽으며 자연스럽게 관련 지식을 습득할 수 있다.
뉴턴이 말했던 “내가 멀리 볼 수 있었던 것은 거인의 어깨 위에 있었기 때문이다.”를 기억하자. 아인슈타인이 남긴 논문은 그의 엄청난 노력의 결과물이다. 논문을 읽으며 아인슈타인이 씨름했던 문제들과 마주하면서 그의 연구 과정은 어떠했을지도 느껴보자. 이 책을 디딤돌 삼아 더 멀리 앞으로 나아갈 당신을 응원한다.

특수상대성이론 차례

추천사
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
드디어 시간이 움직이다! _호킹 박사 깜짝 인터뷰

첫 번째 만남│아인슈타인 이전의 물리학
아리스토텔레스의 운동론 _돌이 땅에 떨어지는 그럴듯한 이유
고전역학의 창시자 갈릴레이 _지루한 설교 덕분에 대단한 발견을!
갈릴레이, 속력을 정의하다 _두 물체의 빠르기는 어떻게 비교할까?
고전역학을 완성한 뉴턴 _거인의 어깨 위에서
미분과 적분의 발견 _한없이 가까워지고 무한히 잘게 나누기
미분으로 순간속도를 정의하다 _내 차의 속도는 얼마나 변했을까?
뉴턴의 세 가지 운동법칙 _지금처럼 쭈욱 가보자고!
갈릴레이의 상대성원리 _가로수가 뒤로 가는 것처럼 보이는 이유
일과 운동에너지 _물체를 움직이는 힘에 대하여

두 번째 만남│영웅 아인슈타인의 등장
빛의 속력을 측정한 과학자들 _너는 너무나 빨라!
에테르 논쟁 _잘은 모르지만 존재해야만(?) 한다
마이컬슨·몰리의 실험 _에테르를 찾아보자!
로런츠·피츠제럴드 수축 _잘못된 신념이 만들어 낸 억지 이론
마흐의 역학 비판 _시간이 먼저냐 운동이 먼저냐
아인슈타인의 학창 시절 _천재성을 꽃피운 환경의 중요성

세 번째 만남│논문 속으로 1부
특수상대성이론 논문의 개요 _혁명적인 두 가지 가설
테일러, 함수를 급수로 나타내다 _함수를 전개식으로 나타내는 마술
정지해 있는 막대기의 길이 재기 _빛으로 캐치볼을!
등속도 v로 움직이는 막대기의 길이 재기 _내가 보는 빛의 이동 거리는?
길이와 시간의 상대성 _너와 나의 시간은 다르다
아인슈타인의 속도 덧셈 _빛의 속도에서는 이 규칙을!

네 번째 만남│전기를 연구한 사람들
정전기로부터 시작된 전기 연구 _일상의 불편을 예사로 넘기지 않다
클라이스트와 레이던병 _전기를 모아 보자!
쿨롱의 법칙 _두 전하 사이의 법칙에 대하여
전지의 발명 _서로 다른 금속판 사이에 무슨 일이?
전기장 _전기력 게임을 할 준비가 되었다!
가우스의 법칙 _핵심으로 가는 어려운 길목
전위(전기퍼텐셜) _중력과 닮은 전기력의 성질

다섯 번째 만남│전기와 자기의 비밀
자기장 _거대한 자석, 지구
전류의 자기 작용 _전류가 흐르면 나침반이 움직인다?!
앙페르의 법칙 _전류와 전류 사이에 작용하는 힘
패러데이의 전자기 유도 법칙 _자석이 움직이면 무슨 일이 일어날까?
맥스웰 방정식 _전자기에 대한 완벽한 방정식
빛은 전자기 파동 _광속으로 움직이는 파동에 대하여
도플러 효과 _파동의 진동수를 다르게 느끼다

여섯 번째 만남│논문 속으로 2부
빈 공간에서 맥스웰 방정식의 상대성이론 _두 관찰자는 맥스웰 방정식을 어떻게 묘사할까?
상대론적 도플러 효과 _두 관찰자는 전자기파의 위상을 어떻게 볼까?
질량 에너지 관계식 E\u003dMc² _하이라이트 공식의 탄생

만남에 덧붙여
On the Electrodynamics of Moving Bodies _아인슈타인 논문 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 논문들
수식에 사용하는 그리스 문자
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다

방사선과 원소 차례

과학을 처음 공부할 때 이런 책이 있었다면 얼마나 좋았을까
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
노벨상 5개, 위대한 퀴리 가문의 탄생 _이렌 퀴리 깜짝 인터뷰

첫 번째 만남│방전관에서 발견된 X선
백열전구를 발명한 사람들 _더 밝게, 더 오래 빛나도록
데이비, 아크등을 발명하다 _전구보다 먼저! 세계 최초의 전기 조명기구
가이슬러와 방전관 _다양한 색깔과 모양으로 빛을 내다
크룩스관의 등장 _방전관 속의 빛의 정체를 찾아서
레나르트의 유리창 _음극선의 비밀을 밝혀라
X선을 발견한 뢴트겐 _제1회 노벨 물리학상 수상자
노벨상의 탄생 _인류에 공헌한 사람들에게
X선의 정체를 밝힌 사람들 _노벨상을 놓친 불운한 천재 물리학자

두 번째 만남│전자의 발견과 전하량 측정
톰슨과 캐번디시 연구소 _실험 물리학에 대한 투자와 노벨상 수상
전자의 발견 _음극선은 왜 휘어질까?
전자의 전하량을 측정한 밀리컨 _물방울 대신 기름방울로!

세 번째 만남│20세기 최고의 여성 과학자 마리 퀴리
우라늄에서 방사선을 발견한 베크렐 _4대가 물리학자인 집안
폴란드의 마리아 스크워도프스카 _역경에도 꺾이지 않은 학업에의 열정
파리의 여대생 마리, 피에르 퀴리를 만나다 _연구와 인생의 단짝
토륨과 방사능 _검은 광물에서 나오는 방사선
공동 연구를 시작한 퀴리 부부 _피치블렌드 광석의 수수께끼를 풀어 보자!
폴로늄의 발견 _더 강한 방사능 물질을 찾아내다
라듐의 발견 _두 번째 새로운 방사능 원소와 노벨상 수상
마리 퀴리, 노벨 화학상을 수상하다 _순수한 라듐 분리와 원자량 측정

네 번째 만남│노벨상 이후의 마리 퀴리와 방사능 연구의 영웅들
라듐의 빛과 그림자 _만병통치약에서 재앙의 시작으로
세 종류의 방사선 _러더퍼드와 가이거의 연구
마리 퀴리와 제1차 세계대전 _1그램의 라듐을 구하기 위해

다섯 번째 만남│두 번째 퀴리 부부와 인공 방사성 원소
주기율표의 탄생 _비슷한 성질끼리 모여라!
마리 퀴리의 장녀, 이렌 퀴리 _특별한 교육법의 수혜자
중성자의 발견 _당구공을 움직이려면 쌀알이 아니라 당구공이 필요해
인공 방사성 원소 _수정된 가설 그 이상의 의미

여섯 번째 만남│새로운 원소 발견과 원자핵 분열
러더퍼드의 원자핵 모형 _중성자 발견 이전의 원자핵에 대한 생각
동위원소 _같은 듯 다른 원소들
중성자 발견 후 원자핵의 연구 _원자핵의 본모습을 찾다
누락된 원소들 _주기율표의 빈칸을 채워라
초우라늄 원소 _과학계가 공인한 원소 118번까지
제2차 세계대전과 원자폭탄 _엄청난 에너지와 괴물 같은 무기의 탄생
원자력 발전 _유용성과 위험성을 지닌 양날의 칼

만남에 덧붙여
On a New Kind of Rays _뢴트겐 논문 영문본
Cathode Rays _톰슨 논문 영문본
On a New Radioactive Substance Contained in Pitchblende _퀴리 1 논문 영문본
On a New, Strongly Radioactive Substance, Contained in Pitchblende _퀴리 2 논문 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 논문들
노벨 화학상 수상자들을 소개합니다

양자혁명 차례

추천사_008
과학을 처음 공부할 때 이런 책이 있었다면 얼마나 좋았을까
물리학적 사고 성장사의 경험을 한번에 정리한 책
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
세상을 뒤바꾼 역학이론의 탄생 _펜지어스 박사 깜짝 인터뷰

첫 번째 만남│양자론의 아버지, 플랑크
눈에 보이지 않은 힘을 탐구한 헬몬트 _공기가 여러 가지 기체라고?
의심 많은 화학자 보일 _기체의 압력과 부피의 관계를 밝히다
샤를의 법칙 _처음으로 기구를 타고 하늘을 날다
공기의 성분을 발견한 과학자들 _눈에 보이지 않는 기체의 발견
돌턴의 원자 이야기 _기체 분자설
분자설의 주인공 아보가드로 _모든 기체의 분자의 수는?

두 번째 만남│열역학의 영웅들
기체운동론의 선구자 줄 _신혼여행에서도 이어진 실험
열역학 제1법칙의 탄생 _무더운 날 냉커피가 점점 뜨거워지는 이유는?
엔트로피와 열역학 제2법칙 _열은 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동한다
열역학 제1법칙과 제2법칙의 연결 _편미분의 이용
조합의 수 _경우의 수를 헤아리는 4가지 방법
통계역학의 개척자 볼츠만 _엔트로피를 확률과 통계에서 찾다
볼츠만 인자의 탄생 _에너지가 무한대로 가면 0이 된다

세 번째 만남│흑체복사의 영웅들
일곱 개의 빛 _우리 눈에 보이는 빛의 원리
프라운호퍼, 분광학의 문을 열다 _스펙트럼 흡수선의 발견
키르히호프의 법칙 _빛의 흡수와 방출의 비는 일정하다
슈테판, 열복사의 신비를 풀다 _지구가 뜨거워지는 이유
전쟁으로 탄생한 빈의 공식 _물체의 색은 어떻게 결정될까?
빈, 보라 공식을 찾다 _파장이 짧은 빛
레일리-진즈의 빨강공식 _실험적 그래프를 수식으로 풀다
플랑크의 양자혁명 _완벽한 이론으로 불완전함을 이기다

네 번째 만남│플랑크의 논문 속으로
팩토리얼과 적분의 연결 _부분적분의 활용
스털링 근사식 _매우 큰 N으로 공식을 세우다
오일러가 푼 제타함수와 소수 관계 _무한급수의 합에 도전하다
플랑크의 기묘한 가설 _새로운 알갱이의 탄생
양자 시대의 서막 _플랑크상수를 파헤치다

다섯 번째 만남│광자의 존재를 알아낸 과학자들
아인슈타인, 플랑크 논문을 완성하다 _광전효과를 설명하다
콤프턴 효과 _양자의 존재를 밝힌 강력한 한 방

만남에 덧붙여
On an Improvement of Wien’s Equation for the Spectrum _플랭크 1 논문 영문본
On the Theory of the Energy Distribution Law of the Normal Spectrum _플랭크 2 논문 영문본
On the Law of the Energy Distribution in the Normal Spectrum _플랭크 3 논문 영문본
A QUANTUM THEORY OF THE SCATTERING OF X-RAYS BY LIGHT ELEMENTS _콤프턴 논문 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 논문들
수식에 사용하는 그리스 문자
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다