자연과학) 물리학자가 들려주는 물리학 이야기

물리학자가 들려주는 물리학 이야기 - 45인의 물리학자가 주제별로 들려주는 과학지식
다나가 미유키 외 지음, 김지예 옮김, 후지시마 아키라 감수 / 동아엠앤비 / 2022년 4월

물리는 어렵지만 또 그래서 더 알고 싶은 학문입니다.

물리학자는 어떤 생각들을 했으며, 무엇을 발견하고, 발명하였을까요?

45인의 물리학자가 들려주는 과학지식을 배워봐요.

역학 1(운동),대기압과 진공, 역학2, 온도, 열역학, 빛1(파동의 탐구),소리,자기와 전기, 전류, 전자파, 원자의 구조, 방사선, 빛2, 양자 역학, 소립자 등 15개의 테마로 나뉩니다.

한 개의 테마당 중요한 물리학자 3명씩 배치해 그가 어떤 현상에 대해 어떤 생각을 하였으며, 어떤 발견을 하였고, 그 과학자로부터 온 파급 효과는 무엇인지, 뒷이야기로 그 사람에 관련된 일화들을 이야기 해줍니다.

세 명의 과학자가 나온 후 그 테마에 맞는 일상생활 사례를 바탕으로 그 테마주제를 설명해줘요.

그리고 그 테마주제와 관련된 칼럼도 나옵니다.

어떤 식으로 구성되어 있는지 2장을 볼게요.

공기를 흡인해서 내보내더라도 다른 무엇인가가 반드시 그 자리를 채우기 때문에, 

이 세상에 진공이란 존재하지 않는다.

아리스토 텔레스

2장의 주제는 대기압과 진공입니다.

지금으로부터 2500년 훨씬 이전에 공기의 존재와 지공 상태는 그리스인들의 중요한 관심사였다고 해요.

이리스토텔레스의 위의 주장은 오랜 세월동안 받아들여졌다고 해요.

왜 그 많은 세월동안 사람들은 의문을 갖지 않고 그대로 답습하며 살았을까 의문이 들었는데요. 아마도 종교가 생각을 닫게 한 게 아닐까 싶습니다.

시대가 흘러 16세기가 되었을 때에야 진공에 대한 생각이 바뀌는 계기가 옵니다.

16세기 세계 패권을 둘러싸고 전쟁을 벌이던 시기라 대포가 중요해지고, 금속이 많이 필요하게 되어 광산의 채굴 갱도도 지하 깊은 곳까지 확장하게 되었습니다. 그러나 곤란하게도 지하수를 배수하기 위한 흡인 펌프가 대략 10m 이상일 경우에는 물을 끌어올리지 못한다는 것을 알게 되었다고 해요.

많은 사람이 다양한 각도에서 시행착오를 거치며 실험하는 과정에서 대기의 중요성을 깨닫기 시작했다고 해요.

이와 동시에 대기를 완전히 제거한 진공에 관한 연구가 이어졌으며, 17세기가 되었을 때 토리첼리, 파스칼, 게리케 등이 진공은 존재하지 않는다는 아리스토텔레스의 주장을 반박하게 되었다고 합니다.

토리첼리는 갈릴레이의 말년의 벗이자 구술필기로 명저 <신과학 대화>를 완성하였고, 수력학, 기계학, 광학, 기하학, 미적분에서 많은 업적을 남겼다고 해요.

토리첼리의 진공에 관한 세개의 실험이 나옵니다.

현대에서도 사용되고 있는 토리첼리의 원리를 이용한 수은기압계, 수은혈압계가 있습니다. 토리첼리에 의해 그 시대까지 있었던 아리스토텔레스의 세계관을 실험을 통해 뒤집어버렸다고 합니다.

파스칼은 수학에서는 삼각형과 파스칼의 정리, 확률론이라는 업적을 남겼고, 과학에서는 진공에 관한 연구와 유체에 대한 파스칼의 원리, 압력의 단위로도 파스칼(Pa)가 사용되며, 유고집 《팡세》를 남겼습니다.

파스칼의 원리는 밀폐 용기의 유체에 압력을 가하면, 용기의 모양에 관계없이 전체적으로 동일한 강도의 압력이 전달된다는 원리입니다. 파스칼의 원리는 지금도 쓰이고 있는데요. 유압 브레이크와 크레인의 암(arm) 혹은 무거운 문을 열고 닫기 위해 제어하는 도어 클로저(dooe closer)에도 쓰이고 있다고 합니다.

게리케는 독일 마그데부르크 시의 시장으로서 시의 부흥과 정치적인 재건에 힘쓴 뒤, 진공에 관한 연구를 시작했다고 해요.

이 사람은 마그데부르크의 '반구의 실험'으로 유명합니다. 독일 황제 앞에서 직경 40cm나 되는 구리로 만든 2개의 반구를 틈이 없도록 합친후 진공상태로 만들어 16마리의 말을 이용해 당겨보았지만 떨어지지 않았다고 합니다.

게리케는 이뿐 아니라 정전기를 일으키는 기계를 제작했으며, 마찰 전기에 관해 많은 발견을 하였고, 기압계를 제작하여 기상을 예측하기도 했다고 해요.

압력이란 무엇일까요?

우리 주변의 사례를 바탕으로 압력에 대해 알려줍니다.

대기압은 무엇이며 우리 생활에 많이 쓰이고 있는 보온병, 진공 패킹 기계, 압력솥, 자동차 타이어 등 요즘도 쓰이고 있는 것들을 예를 들어 압력이란 무엇인가에 대해 폭넓게 알려줍니다.

요즘 진공을 활용해 진공음식물쓰레기통, 진공쌀통, 진공믹서기 등 가정에서 활용할 만한 전자제품도 많이 보이는데 이렇게 많은 곳에서 진공이 쓰여지는 것은 몇백년에 걸쳐 왜 그럴까? 를 연구했던 수많은 과학자들을 통해 연구와 지식들이 쌓여 그것을 활용해 우리가 지금 편하게 일상생활을우리가 편하게 지금의 일상생활을 영위하고 있는 것인가하는 생각에 감사한 생각이 듭니다.

물리학자가 들려주는 물리학 이야기를 통해 물리는 우리와 동떨어진 게 전혀 아니고 우리와 밀접한 관련을 가지고 있으며 우리 생활을 더 편하게 만들어왔다는 사실을 알 수 있었어요. 그리고 그 당시 그 물리학자는 어떤 생각을 하였고, 왜 그런 생각을 하게 되었는지 알 수 있어 좋았습니다.

물리는 어렵다라고 생각하기 이전에 왜 그 당시 그렇게 생각했는지를 알아보며, 물리에 대해 더 가깝게 다가갈 수 있는 계기가 될 책입니다.

고등학교 물리 공부를 하기 전 이 책으로 배경지식을 쌓으며 과학자와 더 가깝게 친해지는 계기를 만들어 보면 어떨까요?