슈뢰딩거의 고양이』는 ‘물리학의 역사를 관통하는 50가지 실험’이라는 부제가 말해주듯 공기가 물리적 실체라는 사실을 증명한 엠페도클레스의 양동이 실험에서부터 힉스 입자의 존재를 증명하기 위한 현대의 초대형 강입자 충돌기 실험에 이르기까지, 물리학의 역사에서 가장 중요하고 잘 알려진 50가지 실험의 배경과 과정 그리고 결과 및 의의를 실험당 세 페이지 정도의 분량에 일러스트와 함께 친절하게 설명하고 있는 책이다. 저자는 물리학이 이 책에서 잘 보여주는 것처럼 논리와 추론, 그리고 특별히 ‘실험’을 통해 세상의 진리를 파헤쳐왔으며, 이러한 과학자들의 노력은 막대한 비용을 투자한 대규모 실험이 이뤄지는 현대에도 여전히 진행 중이라고 말한다.
주로 ‘결론’과 '의의'에 대한 서술에 치중하는 여타 대중과학서들과 달리, 과학이 결론에 도달하기까지의 ‘과정’인 ‘실험’에 집중함으로서 과학함의 본질이 무엇인지 잘 보여준다는 점이 이 책의 특징이라 할 수 있다. 과학사에 한 획을 그었던 중요한 과학실험들을 한 권의 책에 담아낸 기획과 재치 있는 일러스트와 깔끔한 서술이 어우러진 구성이 훌륭하지만, 가끔 어색하게 번역된 것처럼 보이는 과학용어나 문장들이 눈에 띤다. 입문서로 읽기보다는 기초적인 지식을 갖춘 독자들이 ‘심화과정’으로 들어가기 전에 가볍게 살펴보기에 적당한 책이다. 저자의 시대구분과 장별 요약을 참조해 시대별 과학실험의 특징이 어떠했는지 간략하게 정리한다.
고대의 과학 실험 : BC 430~AD 1307년 고대 그리스인들은 과학에 관심이 많았으며 그중에서도 아리스토텔레스는 다양한 과학 분야에 대한 글을 발표했지만 직접 실험을 하지는 않았다. 반면 엠페도클레스(공기의 실체), 아르케메데스(부력의 원리), 에스토스테네스(지구의 둘레)는 단순하고 명쾌한 실험을 했다. 진정한 인류 최초의 과학자라 할 수 있는 11세기 아라비아의 알하젠은 광학과 빛의 성질에 대한 실험을 정리해 『광학의 서』라는 최초의 실험과학서로 펴 냈다.
계몽주의 : 1308~1760년 프란시스 베이컨은 경험론적 증거와 실험과학을 강조했고, 로버트 노만(자침의 원리)과 갈릴레이(낙하운동)가 실험과학의 세계에 본격적으로 뛰어들었다. 아이작 뉴턴은 다양한 분야에서 천재성을 인정받았고(광학, 만유인력), 과학 분야는 대기압(파스칼, 로버트 보일), 빛의 속도(올레 뢰머), 잠열(조지프 블랙) 등 다양한 연구로 활기를 띠었다. 그 중 뉴턴이 발표한 과학 총서 『프린키피아』는 근대 과학의 초석이 되었다.
과학의 눈부신 발전과 영역 확장 : 1761~1850년 18세기는 과학자들에게 무궁무진한 도전의 시대였다. 18세기 들어 지구의 질량을 측정하는 두 가지 방법이 등장했으며, 하나는 천문학자가(네빌 메스켈라인) 다른 하나는 은둔형 천재학자가(헨리 케번디시) 내놓은 방식이었다. 한편 전지가 발견되고(알렉산드로 볼타) 전기와 자기의 연관성이 밝혀졌으며(마이클 패러데이), 이는 전동기, 변환기, 발전기의 발명으로 이어졌다. 또한 빛의 파동성(토머스 영, 피조와 푸코), 도플러 효과(크리스티안 도플러), 열역학의 원리(제임스 줄)등도 발견되었다.
빛, 광선, 원자 : 1851~1914년 헤르만 슈프링의 수은펌프는 음극선(에우겐 골드슈타인), 엑스선(빌헬름 뢴트겐), 전자(조지프 톰슨)를 발견하는 계기가 되었다. 이 중 엑스선의 발견은 방사능의 발견(마리 퀴리, 피에르 퀴리)에 불을 붙였으며, '원자물리학의 아버지' 러더퍼드는 방사능 생성물을 분석해 알파, 베타, 감마선이라는 이름을 붙였다. 그 밖에 무선전력송신(테슬라), 특수상대성이론(아인슈타인), 초전도체(헤이크 카메를릴 오너스), 안개상자(윌슨), 기본 전하량(로버트 밀리컨), 양자 도약(프랭크, 헤르츠)등의 중요한 발견이 줄을 이었다.
물질의 세계로 더 깊이 삐져들다. : 1915~1939년 20세기에 접어들면서 물리학은 점점 더 생소하고 불가사의하게 변해 갔다. 아인슈타인은 중력이 시공간을 어떻게 왜곡시키는지 증명했고(일반상대성이론), 이는 에딩턴 등의 관측에 의해 입증되었다. 러더퍼드는 한 원소를 다른 원소로 만들 수 있다는 사실을 증명했으며, 우주가 '빅뱅'으로부터 시작되었다는 조르주 르메트르의 주장은 허블이 발견한 적색편이로 입증되었다. 전자가 파동처럼 움직일 것이라는 루이 드 브로이의 예측은 데이비슨과 저머에 의해 입증되었으며, 폴 디렉이 예측한 반물질의 존재는 칼 엔더슨에 의해 발견되었다. 하이젠베르크의 '불확정성 원리'로 인해 물리학은 불확실성의 시대로 빠져들었으며, '슈뢰딩거의 고양이'는 이 문제에 대한 질문을 제기했다. 그 밖에도 전자의 스핀(슈테른, 게를라흐), 전자의 파동-입자 이중성(클린튼 데이비슨, 레스터 저머), 암흑물질(프리츠 츠비키), 원자로(엔리코 페르미)등의 중요한 발견과 발명이 이어졌다.
우주 저 너머로 : 1940~2009년 이 시기는 도넛 모양의 거대한 핵융합 발생장치인 토카막과 힉스 입자를 찾기 위한 초대형 강입자 충돌기에서 알 수 있듯 막대한 인력과 비용을 투자하는 대규모의 실험이 이뤄지는 거대과학의 시대다. 또한 우주배경복사(펜지아스와 윌슨), 펄서와 블랙홀(조슬린 벨), 우주 팽창의 가속화(펄무터, 윌슨) 등이 발견되었으며, 다중 우주와 외계 생명체에 대한 논의도 활발하다.
목차
들어가며
CHAPTER 1 고대의 과학 실험: BC 430~AD 1307년
BC 430년경 공기도 ?실체’일까?-엠페도클레스
BC 240년경 욕조의 물은 왜 넘칠까?-아르키메데스
BC 230년경 지구의 둘레는 어떻게 측정할까?-에라토스테네스
1021 빛은 어떻게 운동하는가?-알하젠
1307년경 무지개는 왜 여러 가지 색깔일까?-테오도릭
CHAPTER 2 계몽주의: 1308~1760년
1581 자북은 어디일까?-로버트 노만
1587 질량이 큰 물체와 작은 물체 중 어느 쪽이 더 빨리 낙하할까?-갈릴레오 갈릴레이
1648 산꼭대기에서는 공기가 더 희박할까?-블레즈 파스칼
1660 타이어는 왜 공기로 채울까?-로버트 보일, 로버트 훅
1672 ‘흰색’도 색깔에 포함될까?-아이작 뉴턴
1676 빛은 유한한 속력으로 이동할까?-올레 뢰머
1687 ‘나무에서 떨어진 사과’ 이야기는 실화일까?-아이작 뉴턴
1760 얼음은 뜨겁다?-조지프 블랙
CHAPTER 3 과학의 눈부신 발전과 영역 확장: 1761~1850년
1774 지구의 질량을 측정할 수 있을까?-네빌 매스켈라인
1798 산을 이용하지 않고 지구의 질량을 측정할 수 있을까?-헨리 캐번디시
1799 전지에 포함되지 않는 것은?-알레산드로 볼타
1803 빛의 비밀이 밝혀진다면?-토머스 영
1820 자석으로 전기를 만들 수 있을까?-한스 크리스티안 외르스테드, 마이클 패러데이
1842 소리를 확장시킬 수 있을까?-크리스티안 도플러
1843 물을 가열하려면 얼마나 많은 에너지가 필요할까?-제임스 줄
1850 빛은 물속에서 더 빠르게 이동한다?-이폴리트 피조, 레옹 푸코
CHAPTER 4 빛, 광선, 원자: 1851~1914년
1887 에테르란 무엇인가?-앨버트 마이컬슨, 에드워드 몰리
1895 엑스선은 어떻게 발견하게 됐을까?-빌헬름 뢴트겐, 앙리 베크렐
1897 원자 속은 어떻게 생겼을까?-조지프 존 톰슨
1898 라듐은 어떻게 발견됐을까?-마리 퀴리, 피에르 퀴리
1899 전기 에너지는 공간을 이동할 수 있을까?-니콜라 테슬라
1905 빛의 속도는 항상 일정할까?-알베르트 아인슈타인
1908~1913 세상의 대부분은 왜 텅 비어 있을까?-어니스트 러더퍼드 외
1911 절대영도에서 금속은 어떻게 작용할까?-헤이커 카메를링 오너스
1911 머리 위에 떠다니는 구름을 연구해서 노벨상을 받을 수 있을까?-찰스 톰슨 리스 윌슨
1913 입자의 전하량을 측정할 수 있을까?-로버트 밀리컨, 하비 플레처
1914 양자역학은 상상보다 더 이상한 세계?-제임스 프랭크, 구스타프 헤르츠
CHAPTER 5 물질의 세계로 더 깊이 빠져들다: 1915~1939년
1915 중력과 가속도는 어떤 관계일까?-알베르트 아인슈타인
1919 납을 금으로 만들 수 있을까?-어니스트 러더퍼드
1919 아인슈타인이 옳다고 증명된 것일까?-아서 에딩턴 외
1922 입자는 회전을 할까?-오토 슈테른, 발터 게를라흐
1923~1927 입자에도 파동의 성질이 있을까?-클린턴 데이비슨, 레스터 저머
1927 모든 것은 불확실한 것일까?-베르너 하이젠베르크
1927~1929 우주는 왜 팽창할까?-알렉산더 프리드먼 외
1932 반물질은 존재하는가?-칼 앤더슨
1933 중력은 은하들을 어떻게 연결하고 있는가?-프리츠 츠비키
1935 슈뢰딩거의 고양이는 살았을까, 죽었을까?-에르빈 슈뢰딩거
1939 원자폭탄 개발로 이어진 핵물리학?레오 실라르드, 엔리코 페르미
CHAPTER 6 우주 저 너머로: 1940~2009년
1956 별이 탄생하다?-이고르 탐 외
1965 빅뱅의 메아리?아르노 펜지아스, 로버트 윌슨
1967 초록색 소인은 존재할까?-조슬린 벨
1998 우주 팽창은 가속화되고 있을까?-사울 펄무터 외
1999 우리는 왜 여기에 있는가?-마틴 리스 외
2007 우리는 우주에 유일하게 존재하는 생명체일까?-돈 폴라코 외
2009 힉스 입자는 발견될 수 있을까?-피터 힉스 외
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용어 설명
감사의 말/참고자료
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