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《소피의 세계》를 능가하는 소설 형식의 과학 이야기!
―낡은 생각에 도전한 발견ㆍ발명의 순간
오늘날 우리의 문명도, 다가올 미래의 사회도 과학의 발전에 크게 빚지고 있다. 아마도 행성의 궤도와 운동법칙을 발견한 케플러가 없었다면 우주여행은 꿈도 꿀 수 없었을 것이다. 그리고 그 케플러의 업적도 피사의 사탑에서 자유낙하 실험을 하고, 최초로 망원경을 우주로 돌렸던 갈릴레이가 없었다면 불가능했을 것이다. 그뿐만이 아니다. 최첨단 과학으로 불리는 뇌과학, 반도체 공학, 나노 공학 등의 발전도 남들이 의심하지 않는 것을 의심하고, 치밀하고 끈질긴 실험으로 밝혀낸 과학자들이 있었기에 가능했다. 그렇기에 뉴턴과 같은 대학자조차 “내가 다른 사람보다 멀리 보았다면 그것은 내가 거인의 어깨 위에 서 있었기 때문이다”라는 말로 선대 과학자들에게 머리를 숙이는 것이다.
이렇듯 과학의 위대한 발견?발명은 한 천재 과학자만의 공로로 이뤄진 것이 아니다. 과학을 제대로 이해하기 위한 가장 좋은 방법이 ‘과학사’인 것은 그 때문이다. 《청소년을 위한 이야기 과학사》는 과학자들이 최초의 아이디어를 떠올리는 순간부터 세기의 발견?발명으로 거듭나기까지의 과정을 소설 형식으로 구성했다. 《소피의 세계》 과학 버전이라고 할 만하다. ‘갈릴레이의 낙하 법칙은 이렇고, 뢴트겐의 X선 발견은 저렇고’ 하는 식이 아니라 그런 인식에 이르기까지의 과학자들의 탐구 과정과 자신의 이론을 증명하기 위해 실험을 설계하는 장면들을 직접 보여준다. 복잡한 이론, 어려운 수학 공식 대신 위대한 과학자들의 생각의 흐름을 좇아가다 보면 과학자들의 진정한 아이디어와 과학적 사고를 이해할 수 있을 것이다.
꼬리에 꼬리를 무는 위대한 과학자들의 아이디어 릴레이
: 과학을 제대로 이해하려면 과학사를 보라!
오늘날 우리는 과학의 압축된 결과만을 보게 마련이다. 그래서 과학이라면 으레 복잡하고 어려울 것이라고 생각하기 십상이다. 그러나 그 결과가 나오기까지의 과정을 들여다보면, 아니 그 첫순간을 들여다보면 위대한 발견?발명의 씨앗이 우리 주변의 일상생활 속에서 싹텃음을 알 수 있다. 게다가 과학의 발전은 기존 과학자들의 연구 토대 위에서 한 걸음씩 조금 더 앞으로 나아가는 것에 다름 아니라는 것을 발견하게 된다. 이 책에서는 복잡한 과학 이론을 시간순으로 나열하는 ‘과학사’가 아니라, 꼬리에 꼬리를 물고 이어지는 과학자들의 생각을 통해 과학사 이야기를 들려준다.
망치질 하는 인부가 가르쳐준 속도ㆍ시간의 법칙
부둣가 건설 현장에서 드롭해머(본문 25쪽 그림)로 말뚝을 박는 사람들을 지켜보던 갈릴레이는 고개를 갸웃거린다. 눈으로 확인할 수 있는 것은 드롭해머가 높은 곳에서 떨어질수록 더 큰 속력으로 기둥에 충돌한다는 것, 그리고 기둥을 그만큼 더 바닥으로 밀어넣는다는 것이다. 그런데 그가 의심을 품었던 것은 드롭해머의 높이가 5미터건, 10미터건, 15미터건 상관없이 모두 1초 만에 떨어진다는 것이었다. 실제로 그렇게 된다면 심지어 무한한 거리도 순식간에 낙하할 수 있다는 것인데, 실제로는 그렇게 되지 않기 때문이다. 그러니까 기존에 알고 있던 높이가 2배, 3배가 되면 속도도 2, 3배가 된다는 것도 말이 안 되는 것이었다. 갈릴레이는 자신의 머릿속 실험을 증명하기 위해 점프대(본문 28쪽 그림)라는 실험 도구를 만들었다. 그리고 이를 통해 갈릴레이는 낙하 법칙을 설명할 수 있었다. 이 실험을 통해 그는 낙하 거리가 4배가 되면 속도는 2배가 되고, 16배가 되면 속도는 4배가 된다는 것을 발견했다(본문 24~30쪽).
전기를 알려준 개구리 뒷다리
갈바니 교수는 근처에서 전기 스파크가 일면 죽은 개구리가 움찔거린다는 것을 발견했다. 이를 통해 그는 동물의 몸속에 동물 전기(오늘날 이를 생리적 전기라고 부른다)가 존재한다는 사실을 증명하려고 했다. 그러던 어느날 갈바니는 평소와 마찬가지로 옥상 위에 널어놓았던 개구리를 걷어들이다 철사를 대자 개구리가 움찔거리는 것을 발견했다. 실험실로 돌아와 개구리의 신경과 뒷다리 끝을 철사로 연결하자 개구리가 뛰었다. 새끼양도 마찬가지였다. 마침내 동물 전기의 존재를 증명한 것이다.
그러나 갈바니의 이런 생각이 증명된 것은 1842년의 일이다. 동물 몸속의 전기는 전압이 극히 낮기 때문이다. 갈바니의 실험에서의 전기는 사실 생리적 전기와는 아무런 관련이 없었다. 그럼에도 갈바니의 실험이 중요한 것은 오늘날의 뇌과학이나 신경정신학에 다루고 있는 생리적 전기의 존재를 처음으로 인식하고, 후배 학자들에게 길을 열어놓았다는 데 있다. 또한 당대의 과학자 볼트가 전기의 실체를 규명하고 축전지를 만드는 데 큰 영향을 주었다는 것이다(본문 101~107쪽).
우연을 필연으로 바꾼 과학자, 뢴트겐
X선을 발견한 뢴트겐은 ‘모든 것이 우연이었다’라고 밝혔다. 그러나 뢴트겐의 이전 경력을 살펴본다면 그저 우연이라고만 할 수는 없는 사실을 발견할 수 있다. 그는 처음 증기기관을 연구했고, 기계 제작 엔지니어로 활동했다. 이어서 전기 이론을 공부했고 진공관 속에서의 빛의 흐름에 관심을 가지게 되었다. 뢴트겐이 X선을 발견할 당시 사람들의 관심사는 인간의 몸속의 들여다볼 수 있다는 사실이었다. 그러나 X선을 유명하게 만든 사람들은 의사들이었다. 그들은 총상을 입은 환자의 몸에서 총알을 빼내고, 위나 대장 같은 인간 장기의 이상을 확인하는 도구로서의 X선에 주목하고 이를 활용했던 것이다. 오늘날에는 X선의 범위가 훨씬 더 커지고 있다. 자동차나 선박 같은 기계의 연결 부위가 제대로 접합되었는지 알기 위해 X선을 사용하고 있는 것이다(본문 153~166쪽).
소설 같은 이야기, 풍부한 도판, 꼭 알아야 할 용어 설명까지 한번에
이 책에서는 갈릴레이와 뢴트겐의 실험실뿐만 아니라, 다양한 상황을 설정해 과학에 보다 친근하게 접근할 수 있게 도와준다. 다이아몬드, 소금 등 결정들이 직접 등장하는가 하면, 2030년의 가상공간을 설정해 핵물리학에 대해 설명하기도 한다.
그 외에도 중요 이론과 과학사적 의미를 ‘한눈에 읽는 과학사’라는 꼭지로 정리했고, 꼭 알아야 할 인물과 개념어들은 ‘작은 사전’을 통해 익힐 수 있도록 했다. 뿐만 아니라 과학자들의 실험 도구와 노트, 복잡한 내용을 눈으로 직접 확인할 수 있도록 풍부한 도판이 곁들여져 있어 보다 쉽고 재미있게 과학에 접근할 수 있을 것이다.
이렇듯 청소년의 눈높이에서 과학을 설명할 수 있었던 것은 모두 현재 뮌헨 독일박물관 자연과학 책임자이자, 사회교육원 원장인 위르겐 타이히만이기에 가능한 것이다. 저자는 일선 학교에서 수학, 물리학 교사로 재직한 바 있으며, 사회교육원 내에서도 과학사와 자연과학을 재미있게 강의하기로 정평이 나 있다. 이번 책에서도 소설 형식의 과학사 이야기를 통해 청소년들이 과학의 세계에 큰 흥미를 느끼며 첫발을 내디딜 수 있게 한다.
책/따/세, 간행물윤리위원회, 대한출판문화협회가 선정한 우수 권장도서
그간 출간된 ‘청소년을 위한 이야기’ 시리즈의 세계사ㆍ윤리학ㆍ정치학ㆍ전쟁과 평화ㆍ종교학은 모두 책/따/세, 대한출판문화협회, 간행물윤리위원회 등에서 추천하는 도서로 선정된 바 있다. 교과서에 묶인 지식이 아니라, 청소년 스스로 자유롭고 비판적으로 사고하고 해답을 찾아낼 수 있도록 한 이 시리즈의 가치를 높게 평가한 것이다.
이번에 출간된 《청소년을 위한 이야기 과학사》는 과학에 대한 상식을 전해주는 것에 그치지 않고 위대한 과학자들의 첫 생각을 어떻게 과학적 결과로 만들어내는지를 생생한 이야기로 전해준다. 낡은 틀에 갇혀 제대로 빛을 보지 못했던 것들을 오늘날 우리 사회의 토대로 갈고 닦은 과학자들과 함께 과학하는 재미와 열정을 키워보자.
