외우지 않아도 괜찮아 물리학(물화생지 문해력 기르기)

★ 최신 데이터로 읽는 교과서 핵심 지식 ★
이 세상의 숨은 질서를 탐구하는 '물리학' 여정의 첫걸음

서울대학교 물리천문학부 김지훈 교수 강력 추천

고전역학, 전자기학, 열역학, 양자역학! 꼭 알아야 할 4대 역학 깔끔 정리
읽다 보면 저절로 쌓이는 지식, 물리학 개념 익히기

* 우리가 사는 세상은 어디에서 온 것일까? * 나는 누구일까? * 우리는 빛의 속도로 달릴 수 있을까? * 자석은 철을 어떻게 잡아당길까? * 힘은 정말 존재할까? * 에너지는 실체가 있는 걸까? * 뜨겁다는 것은 무슨 말일까? * 우주는 진짜 한 점에서 시작했을까?

많은 사람들에게 물리학에 대한 첫인상은 '어렵다'일 것이다. 복잡한 공식, 어려운 개념, 전부 외워야 이해할 수 있을 것 같다는 생각도 함께 떠오를지 모른다. 그러나 이 책이 소개하는 물리학은 다르다. 저자들은 우리의 세계를 설명하고 숨은 질서를 찾아내고자 수천 년간 인류가 쌓아 올린 지혜를 함께 탐사해나가자고 친절하게 손을 내민다.《외우지 않아도 괜찮아 물리학》은 내 앞의 현상을 관찰하고 상상하며 고민해보는 즐거움이 물리학의 본질임을 이야기하며, 누구나 한 번쯤 들어보았을 개념을 알기 쉽게 설명한다.

교과서 속 엉켜 있는 실타래를 풀어주는 핵심만 모았다
처음 시작하는 사람들을 위한 가장 친절한 물리학 가이드

Part 1~2 고전역학: 갈릴레이 관성의 법칙에서 뉴턴 역학까지
사과가 떨어지는 이유는 무엇일까? 뉴턴이 본 것은 단순한 과일이 아니라, 그 뒤에 숨겨진 보편적 원리였다. 고전역학은 우리가 가장 먼저 경험하는 물리학이다. 물체들의 움직임, 힘의 작용과 반작용, 관성과 가속도 등 모든 것이 고전역학의 원리에서 시작된다. 직관적이면서도 가장 강력한 물리학의 기초이며, 세계를 이해하도록 해주는 출발점이다. 이 책에서 고전역학을 설명하는 특징이자 강점은 학문을 처음 만들어낸 학자들의 시선에서 시작해 개념들을 따라 읽도록 하는 새로운 시도가 더해진 것이라고 할 수 있다.

Part 3 전자기학: 일상을 움직이는 힘
전기와 자기가 없다면 세상은 어떻게 될까? 우리의 생활은 전자기학의 놀라운 세계 위에 펼쳐져 있다. 휴대폰이 울리고, 불빛이 반짝이고, 냉장고가 음식을 차갑게 보관하는 것, 심지어 우리의 심장이 뛰고, 신경이 신호를 전달하는 것도 모두 전자기력의 작용이다. 고전역학이 물질의 운동을 설명한다면, 전자기학은 현대 문명의 모든 기술을 가능하게 만든 학문이다. 눈에 보이지는 않지만, 매 순간 우리를 감싸고 있는 이 신비로운 힘을 이해할 때, 비로소 현대 세계의 진정한 모습이 드러난다.
전자기학은 고전역학 이후 등장한 또 하나의 완성된 학문이자 새로운 시대로 향하는 문이기도 하다. 이 책의 저자들은 오늘날 현대물리학의 두 기둥인 상대성이론과 양자역학이 모두 전자기학에 뿌리를 두고 있음을 강조한다. 이러한 설명 방식은 그동안 각각 따로 배웠던 분야를 한데 엮어 흐름을 읽도록 해 좀 더 쉽게 과학을 이해하도록 한다.

Part 4 양자역학: 보이지 않는 세계의 혁명
요즘 많은 사람들이 궁금해하는 과학은 바로 양자역학일 것이다. 양자역학은 일상의 경험과는 너무나도 동떨어져 있기에 오히려 호기심을 자극한다. 원자보다 작은 세계에 들어가면 상식은 깨져버린다. '빛은 입자인 동시에 파동이고, 관찰하기 전까지는 존재가 확정되지 않으며, 동시에 일어날 수 없는 일들이 동시에 일어난다.' 이것이 바로 양자역학의 경이로운 세계다. 이 파트에서 우리는 직관이 틀릴 수 있다는 것, 세상은 생각보다 훨씬 이상하고 아름답다는 것을 배울 수 있다. 파동함수, 불확정성의 원리와 같은 개념은 이름만 들어도 다른 세계의 이야기처럼 느껴지지만 양자의 거동을 이해할 때, 비로소 물질의 본질에 한 발 더 가까워지게 된다.
저자들은 '양자역학은 이해하기 어렵다'는 말에 반기를 들며 풍부한 그림과 예시를 이용해 앎을 전달하는데 누구나 읽고 개념을 소화하기에 전혀 무리가 없다. 사람들이 이해하기 어려워하는 지점을 끝까지 파헤쳐 쉬운 언어로 바꾸는 서술 방식이 무척 친근하다.

Part 5 열역학: 입자의 집단으로 읽는 세상의 변화
개별 분자 하나하나의 움직임을 예측하기는 어렵다. 하지만 수조 개의 분자들이 함께할 때는 일정한 패턴이 드러난다. 시간은 한 방향으로만 흐를까? 왜 뜨거운 물은 차가워질 수밖에 없을까? 왜 에너지는 낭비될까? 이 모든 질문의 답이 바로 입자들의 집단 현상 속에 숨어 있다. 엔트로피, 온도, 에너지 등의 개념들을 통해 우리는 자연의 근본적인 운명, 즉 모든 것은 결국 무질서로 향한다는 우주의 진리를 마주하게 된다.

Part 6 일반상대성이론과 현대 우주론: 물리학의 모든 분야를 아우르다
현대 우주론은 일반상대성이론뿐 아니라 고전역학, 전자기학, 양자역학, 통계역학을 모두 아우르는 물리학의 종합예술이라고 할 수 있다. 최신 물리학이 가장 주목하는 이 분야에서, 모든 지식이 동원되는 현장을 지켜본다. 아인슈타인의 일반상대성이론이 드러낸 시공간의 비밀, 빅뱅에서 시작된 우주의 진화, 블랙홀과 암흑물질, 우주의 현재와 미래 등이 흥미롭게 펼쳐진다. 앞서 1~5파트에서 배운 개념들이 다시 한번 등장하며 어떻게 여러 분야의 과학이 연결되는지 고스란히 드러나 생생하다. 이러한 개념의 활용을 보여주는 것은 다른 책에서 보기 힘든 강점이며 물리학의 쓰임을 직접 알 수 있는 포인트가 된다.

이 책은 '물리학은 어렵다'는 편견을 깨고, 상상하고 고민하는 즐거움이 큰 학문임을 알려준다. 저자들은 교과서 속 개념에서 출발해, 세상을 이해하고자 질문을 거듭해온 과학자들의 이야기를 유기적으로 엮어냈다. 100여 컷의 생생한 일러스트와 함께 고전역학부터 현대 우주론까지 여행하면서, 독자들은 과학자의 사고법을 경험하게 된다. 물리학 공부를 망설였던 이들에게 《외우지 않아도 괜찮아 물리학》은 부담 없이 첫걸음을 내딛게 해주는 든든한 길잡이가 되어줄 것이다.


▶ 오늘도 가뿐하게, 과학 읽는 감각을 다지는
▶ '물화생지 문해력 기르기' 시리즈

ㆍ 암기하는 원리가 아닌, 이해하는 지식의 유용함을 담다.
ㆍ 초중고 교과서 핵심 개념을 최신 데이터로 업데이트하다.
ㆍ 우리나라의 정보를 바탕으로 과학이 더욱 친근하게 다가가도록 돕다.

'물화생지 문해력 기르기'는 각 과학 분야의 핵심 개념과 원리를 엄선해 탄탄하게 기초를 다질 수 있게 돕는 필수 교양과학 시리즈다. 이야기와 과학을 알차게 담은 사이언티픽 일러스트로 지식에 재미를 더하고, 무엇보다 과학을 즐기면서 이해할 수 있도록 새로운 방향으로 안내한다. 《외우지 않아도 괜찮아 지구과학》 《외우지 않아도 괜찮아 물리학》이 출간되었으며, 해당 과목의 특성에 맞춘 스토리 전개 방식이 공부에 날개를 달아줄 것이다.

책머리에

Part 1 고전역학 1
변하는 것은 왜 어려울까? | 관성의 법칙
힘이 지배하는 세상 | 뉴턴의 운동 법칙
하늘과 땅이 공유하는 질서 | 만유인력의 법칙과 원운동
세상은 결코 멈추지 않는다 | 운동량과 에너지 보존의 법칙
사라지지 않는 에너지 | 역학적 에너지의 보존

Part 2 고전역학 2
용수철을 사랑하는 물리학자들 | 조화진동자
조금 더 높은 해상도로 세상을 바라보며 | 강체
그래도 지구는 돈다 | 회전운동
회전의 미학 | 관성모멘트와 각운동량
자연이 추구하는 효율 | 라그랑주와 해밀턴의 원리

Part 3 전자기학
다르기에 이끌린다 | 전기와 자기
자석은 어떻게 철을 잡아당길까? | 역선과 장
빛을 쫓는 물리학자들 | 맥스웰 방정식, 전자기장의 통합
당연한 것은 없다 | 전하
우리가 빛의 속도로 달릴 수 있다면 | 특수상대성이론

Part 4 양자역학
불완전한 그림 | 흑체복사와 양자 현상
내가 나비인지 나비가 나인지 | 물질의 이중성
양자역학의 두 얼굴 | 슈뢰딩거와 하이젠베르크
신은 주사위 놀이를 하지 않는다 | 양자역학의 해석
현대 원자론의 마지막 퍼즐 | 스핀
존재의 역설 | 디랙방정식

Part 5 열역학
뜨겁다는 것은? | 온도와 열
같은 것은 같은 것 | 열역학 제0법칙
복잡한 것은 단순하게, 단순한 것은 복잡하게 | 이상기체 상태방정식
아무튼 에너지는 보존된다 | 열역학 제1법칙과 제2법칙

Part 6 일반상대성이론과 현대 우주론
휘어진 우주 | 일반상대성이론
무엇이든 집어삼키는 검은 구멍 | 블랙홀
모든 것은 하나의 점에서 | 빅뱅 우주론
보이지 않는 존재들 | 암흑물질과 암흑에너지
과거에서 미래로 | 우주의 역사

용어 설명
참고 자료

이승재 물리학자. 서울대학교 물리천문학부에서 물리학과 수학을 전공하고, 동 대학원에서 물리학 박사 학위를 받았다. 학위 과정 동안 계산천체물리학을 연구하며 은하 중심부 초거대질량블랙홀의 형성과 진화, 고밀도 성단에서의 항성 역학, 중력파 등을 탐구했고, 그 결과를 국제 학술지 《천체물리학 저널(Astrophysical Journal)》에 게재했다. 현재는 국내 게임사에서 게임 기획자로 일하며 새로운 커리어를 이어가고 있다.