세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 양자물질 - 극저온의 액체헬륨부터 위상수학까지 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 17
정완상 지음 / 성림원북스 / 2025년 10월
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읽을 때마다 감탄하고 또 감탄하는 과학도서 [노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학]시리즈 신간 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 양자물질> 편이 나왔다. 점점 끝을 달려가는 모습을 보면서 이 시리즈의 완결이 기대되기도 하고 아쉽기도 하다. 언제 또 이런 책이 또 나올까 싶기도 하고 지금이나마 이 책이 출간된 것이 참으로 행운이라는 생각이 들기도 한다. 

<세상에서 가장 쉬운 과학수업 : 양자물질> 에서는 홀 효과에 대한 논문, 액체 헬륨의 초전도성을 알아낸 오너스 논문, 초전도체 이론을 밝힌 바딘-쿠퍼-슈리퍼의 논문, 양자 홀 효과에 대한 논문, 그리고 위상물질 이론에 관한 논문 등을 다루었다고 한다. 초유동성과 초전도성으로 노벨 물리학상이 수여되었기 때문에 수소, 산소, 헬륨과 같은 물질을 액화한 과학자들의 이야기를 먼저 다루고 탄소를 이용한 양자물질 그래핀, 탄소 나노 튜브 등을 알아본다. 마지막으로는 2016년 위상물질 연구로 노벨 물리학상을 받은 과학자들의 업적과 논문을 살펴볼 수 있도록 구성되어 있다.


최근 이슈가 되고 있는 양자물질 등에 관심이 많았으나 어떻게 접근해야 할지 난감했던 이들, 영재고나 과학고 또는 이공계 진학을 마음 먹은 학생들, 과학적 호기심으로 더 깊은 내용을 알고 싶었던 이들에게 <세상에서 가장 쉬운 과학수업 : 양자물질>은 단비같은 책이 될 것이다.


<세상에서 가장 쉬운 과학수업 : 양자물질> 초반 부분에는 현대 위상물질 이론의 창시자 홀데인 교수의 제자인 '아슈빈 비슈나와트' 하버드 대학 교수와의 인터뷰가 나와 있다. '노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학'시리즈는 책마다 이렇게 저명한 과학자들의 인터뷰가 실려 있는데 볼 때마다 이런 분들을 어떻게 섭외했지 하는 놀라움이 생긴다. 과학도를 꿈꾸고 있는 학생들은 이런 인터뷰를 보면서 자신의 진로에 대해 더 깊이 생각할 수 있을 것이다.

홀데인 교수님의 개인적인 성격, 수업 방식이나 사고하는 과정을 가볍게 이야기하고 1988년 논문에 대해서 소개한다. 양자 홀 효과 하면 떠오르는 조건은 강한 자기장이라고 한다. 전자가 평면 안에서 움직일 때 자기장이 있으면 전자의 궤도가 원을 그리며 양자화되고 전도도가 정수 단위로 떨어지듯 나타난다. 이를 정수 양자 홀 효과라고 한다. 홀데인 교수의 논문(양자물질 책을 읽으면서 확인하기 바란다)은 전통적인 '양자홀 효과'개념에 반기를 드는 내용으로 당시에는 확인할 수 없었으나 2004년 실험물리학자들이 그래핀이라는 벌집 격자 구조를 가진 물질을 얻게 되면서 검증되었다. 이것이 바로 위상 절연체(topological insulator)의 시초라니 정말 놀라운 일이다. 

<세상에서 가장 쉬운 과학수업 : 양자물질>에서는 바로 이 논문을 이해하기 위한 여행을 시작한다. 첫 번째로 액체헬륨과 초유동성의 발견에 대해 알아본다. 상상할 수 없을 정도로 낮은 온도에서 기체를 액화시킨 과학자들의 이야기를 살펴보고 액체헬륨의 발견, 액체 헬륨이 보여주는 신기한 현상인 초유체(점성이 없는 액체)와 초유체의 특징에 대해 설명한다. 현미경의 발달을 짚어보며 전자의 양자역학적 터널링을 이용한 주사터널링 현미경의 원리, 초전도 이론의 발달 과정,  양자 자석, 양자 홀 효과와 그래핀, 그리고 위상수학에서 다루던 수학적 직관을 물리적인 통찰력으로 이끌어낸 과정까지 살펴본다. 


쉽지 않은 여정이 되겠지만 과학적 호기심을 가지고 저자의 설명을 따라가다 보면 홀데인 교수의 연구가 어떻게 이루어지게 되었는지, 그 내용은 어떤 것인지 조금이나마 이해할 수 있을 것이다.


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하루만에 이해하는 노벨 과학상 2025 - 노벨 생리의학상, 물리학상, 화학상을 통해 보는 과학의 현재와 미래
전승민 지음 / 포르체 / 2025년 10월
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지난 10월 초 스웨덴, 2025년 올해의 노벨상 수상자가 모두 발표되어 세상을 떠들석하게 했다. 


노벨상은 전세계인들이 알고 있을 만큼 권위 있는 상으로 '알프레드 노벨'의 유지를 받들어 각 분야마다 뛰어난 성과를 이루어낸 이들에게 수여한다. 처음엔 물리, 화학, 생리의학상, 문학, 평화의 다섯 분야였는데 1968년 경제학상이 추가되어 매년 6개의 상을 수여하고 있다. 이 중에서 과학분야는 생리의학상, 물리학상, 화학상 3가지인데 전문적인 지식을 필요로 하기 때문에 일반 사람들이 쉽게 이해하기 힘들다.


<하루만에 이해하는 노벨 과학상 2025>는 과학 전문 기자 '전승민'씨가 쓴 책으로 과학을 전공하지 않은 사람들도 노벨상 수상 내용을 조금이나마 이해할 수 있도록 설명해 놓은 책이다. 뉴스 기사에서는 노벨 과학상에 대한 내용을 간단하고 피상적으로만 다루기 때문에 우리는 정확히 어떤 내용에 대해서 과학자들이 노벨상을 받게 되었는지 알기 힘들다. 그러나 이 책에서는 전문적인 내용을 최대한 알기 쉬운 내용으로 가공하여 독자들이 현시대의 과학 발전 방향을 이해할 수 있도록 설명한다.


<하루만에 이해하는 노벨 과학상 2025>은 과학 분야와 노벨상 수상 내용에 관심 있는 이들 뿐 아니라 이공계 전공을 지망하고 있거나 진학한 학생들, 경제·산업 분야에서 일하고 있는 사람들, 과학 관련 심층 면접이나 논술을 대비하고 싶은 사람들 등에게 많은 도움이 될 것이라 추측한다.


<하루만에 이해하는 노벨 과학상 2025>에서는 2025년 노벨 과학상, 즉 노벨 생리의학상, 노벨 물리학상, 노벨 화학상에 대해 이야기한다. 과학 기초가 없는 이들이라 하더라도 차근차근 책을 정독하면 해당 노벨상에 대한 기초 과학 지식과 배경지식, 핵심 개념, 인류에 앞으로 기여할 부분 등을 알 수 있다. 물리학이나 화학, 생명과학 교과와 연계해서 생각해볼 내용도 다루고 있기 때문에 영재고, 과학고, 이공계 대학 지망하는 학생들에게 추천하는 책이다.

2025년 노벨 생리의학상을 수상한 과학자들은 메리 브런코, 프레드 램즈델, 사카구치 시몬 세 명이다. 저자는 올해 노벨 생리의학상의 의미가 첨단 의학의 한 분야인 '면역 치료'기술을 큰 폭으로 끌어올릴 수 있는 기본 원리를 발견한 데 있다고 말한다. 조절 T세포의 기능을 밝혀 말초 면역 관용을 발견한 사람들이 상을 받았는데 많은 뉴스에서 이를 활용하여 '자가 면역 질환과 암 치료에 대한 새로운 길을 열었다'고 말한다. 


<하루만에 이해하는 노벨 과학상 2025>에서는 우리 몸의 '면역 체계'가 무엇인지부터 시작하여 항원-항체 반응, 면역력때문에 아프게 되는 '사이토카인 폭풍', 알러지 반응과 자가면역 질환, 면역 반응을 관리하는 B세포와 T세포의 기능, 조절 T세포의 의미 등 노벨 생리의학상의 의의를 이해하는 데 필요한 지식을 하나씩 친절하게 알려준다. 중고등학교 과학교과와 연결되는 지식들도 꽤 많기 때문에 책을 읽으면서 해당 교과 내용을 더 깊이있게 생각해 볼 수 있다. 


2025년 10월을 뜨겁게 달구었던 노벨 과학상 이야기, 노벨상 수상자들에게 얽힌 사연, 이들의 연구가 앞으로의 과학계와 인류의 발전에 미칠 영향 등에 대해 심층적으로 알아보고 싶다면 <하루만에 이해하는 노벨 과학상 2025>을 꼭 읽어보기 바란다.


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세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 양자정보 - 튜링의 계산기에서 차일링거의 양자순간이동까지 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 19
정완상 지음 / 성림원북스 / 2025년 11월
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2022 개정교육과정이 학교 현장에 적용된 이후 서울대에서도 2028학년도 대입전형 개편 방안, 미래역량 기반 심층 역량평가 면접 설계안 등을 논의하였고 최근에 그 방향을 정리하여 발표하였다. 그 중에서 주목할 부분은 바로 '탐침 질문'에 대한 사항이다. 서울대는 탐침질문을 ‘면접 상황에서 주제에 대한 깊은 생각을 끌어내고, 논의가 더 발전할 수 있도록 자신의 생각과 경험을 더 고민하여, 자세히 설명하도록 유도하는 추가질문이며, 열린 질문의 성격을 가짐’이라고 규정하였다. 내신이 5등급제가 되어 변별력이 떨어질 것으로 예상되는 상황에서 상위권 학생들을 탐침질문을 통해 학생들의 심층 역량을 판단하겠다는 것이다. 

이러한 심층 역량은 하루이틀 한다고 해서 채워지는 것이 아니므로 단기간 학원을 다닌다고 대비할 수 없다. 중학생부터 또는 고1 시기 부터 다양한 학문적 지식을 쌓고 관심 있는 분야를 깊이있게 파고들어야 한다. 시중에 나와 있는 책 중에서 정완상 교수님의 '세상에서 가장 쉬운 과학 수업'은 이러한 능력을 키우는 데 가장 적합하다고 볼 수 있다. 


먼저 현대 과학에서, 학교 과학 교과 과정 중에서 화제가 되는 주제들을 다루고 있다. 또한 노벨상 수상자들의 오리지널 논문을 읽을 수 있도록 해당 주제에 관련하여 과학 발전 과정, 과학자들의 사고 방식, 이론을 정립한 과정과 전문적인 수식까지 하나씩 차근차근 알려준다. 책에 나온 내용들을 정독하며 제대로 이해하고 이론을 따라간다면 최종적으로 책에서 목표로 하는 '노벨상 수상자의 논문'을 약간이나마 이해할 수 있다.


'노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학' 시리즈에서 최근 출간된 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업 양자정보>는 현재 AI의 발전과 함께 가장 핫한 주제 '양자알고리즘과 양자컴퓨터'에 대한 내용을 다루고 있다.


정보의 개념과 시초에 대한 이야기부터 시작하여 암호의 발달, 컴퓨터의 개발과 발전 과정, 컴퓨터를 구동하는 비트와 이진법의 개념, 논리게이트, 고전 컴퓨터와 양자컴퓨터의 차이점, 양자 역학의 파동함수 또는 상태함수의 중첩원리, 큐비트의 정의와 양자 게이트 등을 소개한다. 양자 알고리즘과 양자 컴퓨터에 대한 내용을 쉽게 알려주고 이를 통해 무엇까지 가능할 수 있는지 등의 내용을 살펴본다. 


'세상에서 가장 쉬운 과학 수업'시리즈가 전부 그렇듯이 이 책은 쉽게 이해할 수 있는 내용만 다루지 않는다. 대부분의 교양 과학책이 수식을 최대한 빼 버리고 아주 기초적인 내용만 넣은 다음 대략적인 말로 어렴풋이 설명하는 것에 반해, <세상에서 가장 쉬운 과학 수업 양자정보> 에서는 양자게이트와 얽힘의 관계 등을 설명하며 수학적으로 어려운 내용, 수식의 전개 과정까지 다룬다. 이 책을 잘 이해하지 못한다고 힘들어하기 보다는, 도전의식을 가지고 하나라도 더 알고자 하는 탐구정신을 갖기 바란다.

<세상에서 가장 쉬운 과학 수업 양자정보>는 '도이치 박사가 말하는 차일링거의 양자정보 혁명'에 대한 이야기로 시작한다. 도이치 박사는 1997년 차일링거 박사의 양자순간이동 논문에 관해 양자알고리즘을 최초로 만들어낸 과학자이다. 양자정보가 무엇을 다루는 학문인지, 양자 얽힘은 무엇인지 그리고 무엇을 가능하게 만드는지 등에 대해서 쉽게 짚고 넘어갈 수 있다. 


<세상에서 가장 쉬운 과학 수업 양자정보>에서는 정보가 무엇인지 문자와 암호의 탄생부터 시작하여 라이프니츠가 어떻게 2진법을 만들게 되었는지, 디지털 논리의 기초가 어떻게 시작되었고 세계 최초의 컴퓨터가 탄생하게 되었는지 등부터 살펴본다. 고등학교 국어 지문으로 자주 출제되는 슈뢰딩거 실험으로 본 양자의 세계, 큐비트를 조작하는 기술 양자게이트, 아다마르 게이트, 큐비트와 양자 복제금지 정리 등의 내용을 수식과 함께 알아보고 양자 얽힘, 양자알고리즘, 양자컴퓨터 등에 대해서도 이야기한다. 어렵지만 흥미진진한 '양자정보'에 대한 과학수업에 푸욱 빠져보고 싶다면 꼭 이 책을 읽어보기 바란다.


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세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 기후물리학 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 18
정완상 지음 / 성림원북스 / 2025년 9월
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과학교사와 교수님들도 자신있게 추천하는 과학도서


많은 과학선생님, 과학자들이 '과학을 처음 공부할 때 이런 책이 있었다면 얼마나 좋았을까'라며 감탄하는 책이 있다. 지난 백여 년간 과학사에서 엄청난 발전을 이끌어온 과학자들의 자취를 느낄 수 있는 책, 노벨상을 수상한 세계적인 과학자들의 오리지널 논문을 직접 읽을 수 있는 책, 한 주제를 중심으로 과학사를 꿰뚫어보며 과학자들의 사고방식에 대해 이해할 수 있는 책이 여기 있다. 


대화체로 과학의 역사와 배경을 재미있게 설명하는 책

중고등학교 교과과정과 밀접하게 연결되어 있으며 심화 과정과 관련 수식까지 깊게 파고드는 책


정완상 교수가 집필하고 있는 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업>시리즈로 부제는 『노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학』이다. 책의 앞부분에는 노벨상을 다룬 과학자들의 깜짝 인터뷰가 나와 있고 가장 마지막 부분에는 책에서 다루는 주제와 관련한 오리지널 영어 논문이 실려 있다. 우리가 직접 노벨상 논문을 소화하지 못하지만 그 흐름을 접하고 과학자들의 자취를 제대로 느껴보고자 하는 '과학적 탐구심이 투철한 독자'들을 위한 책이다. 


추천 독자 

고교수학을 알고 있는 초·중등 과학 영재 또는 영재고 과학고 지망생

고등학생이면서 이론물리학자를 꿈꾸는 학생

이공게열 대학생으로 관련 이론에 관심이 많은 사람

아이들에게 위대한 과학자들의 이론을 소개해주고 싶은 교육자들

수학과 과학을 사랑하는 모든 이들


<세상에서 가장 쉬운 과학 수업>은 고등학교 수준의 수식을 이해할 수 있다면 상당부분의 내용을 파악할 수 있도록 집필된 책이다. 전공 지식 수준까지 종종 나오긴 하지만 저자가 이끄는 대로 따라간다면 많은 부분을 이해할 수 있다. 이번에 나온 책 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 기후물리학> 편에서는 1967년 마나베, 1976년 하셀만의 논문을 다루었다. 이 두 가지 논문 모두 대학원에서 기후통계 물리학을 전공한 사람들만이 볼 수 있을 정도로 난해하지만 저자는 일반인 독자들도 이해할 수 있도록 풀어냈다고 한다.


개인적으로는 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 기후물리학>이 이제껏 나왔던 책 중에서 가장 중고등학교 교과 과정과 연계된 부분이 많은 편이라고 생각한다. 지질학의 역사를 살펴보면서 화성론, 수성론, 베게너의 대륙이동설 등을 알아보고 지진파의 발견, 이를 이용한 지구 내부 구조 발견, 기상학, 대기압의 발견, 지구의 대기권 등의 내용에 대해 다루고 있기 때문이다. 대부분 학교 교과 과정에서 중점적으로 배우는 내용이며 시험에서 자주 언급되는 이론들도 많다. 

<세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 기후물리학>에서 다루는 하셀만 박사와 마나베 박사는 지구과학 연구자로서 최초로 노벨상을 받았다고 한다. 두 사람은 물리학을 이용해 기후와 지구온난화 문제를 연구하여 노벨 물리학상을 수상했다. 마나베 박사는 이산화탄소가 지구의 온도를 어떻게 변화시킬까 하는 문제에 대해 대기의 층을 수직으로 나누고 각 층마다 방사선 에너지와 수증기, 온도의 흐름을 컴퓨터로 시뮬레이션했다. 지구의 기후를 최초로 수식으로 설명한 시도였다. 하셀만 박사는 기후를 큰 시스템, 날씨는 하나의 브라운 운동이라고 생각하여 무작위적인 대기의 변동이 장기적인 기후의 '모양'을 결정할 수 있고 그 안에서 인간 활동이라는 '신호'를 통계적으로 식별할 수 있다는 것을 처음 보여주었다고 한다.


그리고 이를 제대로 이해하기 위해서 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 기후물리학>에서는 지질학의 탄생과 진화부터 시작하여 지구 대륙 이동에 대한 이론과 지구 내부 구조, 기상학과 날씨를 과학적으로 설명하는 방법, 대기권의 과학적 구조, 기상학 등의 지식에 대해 차근차근 살펴본다. 


기후변화를 물리학으로 예측하는 방법, 기후를 확률로 예측하는 방법과 노벨상 수상자들의 오리지널 논문의 내용이 궁금하다면 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 기후물리학>을 강력히 추천한다.


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세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 우주팽창이론 - 프리드만-르메르트 방정식에서 피블스의 물리 우주론까지 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 15
정완상 지음 / 성림원북스 / 2025년 7월
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이번엔 어떤 노벨상 수상자의 이론을 어떻게 풀어나갈까 궁금해지는 과학책 시리즈이자 노벨상 수상자들의 오리지널 논문으로 배우는 과학 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업> 시리즈, 우주팽창 이론 편이 나왔다.


앞서 몇 번이나 소개한 적이 있는 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업> 시리즈는 우리나라의 학생들도 한국어로 된 과학책으로 지적희열을 얻을 수 있도록 구성되어 있는 책이다. 일반적인 교양 과학책들과 다르게 진짜 노벨상 수상자들의 영어 논문이 실려 있으며 이 논문을 조금이라도 쉽게 이해할 수 있도록 해당 과학 이론의 역사와 함께 기초적인 지식, 꼭 알아야 하는 수식 등을 함께 풀어 놓은 것이 특징이다. 정완상 교수가 쓴 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업> 시리즈를 알게 된 이후, 해외 원서가 아니라 한국어로 된 전문적인 교양 과학 서적이 나왔다고 여기저기 널리 알리려고 애쓰는 중이다. 


혹시 아는가? 


저자의 의도처럼 과학도를 꿈꾸는 수많은 이들이 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업> 시리즈를 재미있게 읽고 해당 이론에 더 관심을 갖게 되어, 이 분야에 뛰어들게 될 수도 있다. 또는 아이들에게 이 과학이론을 소개시켜주고 싶었던 어른들이 열심히 이 책을 읽고 학생들의 관심 분야를 더 넓혀줄 수도 있다. 과학 이론을 기반으로 한 탄탄한 줄거리를 만들고 싶었던 콘텐츠 제작자가 이 책을 바탕으로 뛰어난 작품을 완성시킬 수도 있다. <세상에서 가장 쉬운 과학 수업> 시리즈는 이처럼 수많은 가능성을 안고 있는 훌륭한 교양 과학 서적이다.



이번 책 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 우주팽창 이론>에서 다루고 있는 논문은 허블의 논문, 르메르트의 논문, 프리드만의 논문, 피블스의 현대 우주론의 탄생을 알리는 논문, 노벨상 수상 연설문이다. 저자는 이 어려운 논문들을 최대한 쉽게 설명하기 위해 많은 고민을 했다고 한다. 물리학자 중에서도 가장 똑똑한 이들이 '이론 물리학자'의 길을 선택하는 것을 떠올리면(천재 중의 천재들...), 저자의 고충이 조금은 이해가 갈 것이다.


<세상에서 가장 쉬운 과학 수업>은 서문 뒤에 항상 저명인사와의 인터뷰를 다루고 있다. 이번에는 초끈이론의 창시자 위튼 박사의 깜짝 인터뷰가 실려 있다. 아인슈타인의 일반상대성이론을 기반으로 한 우주 모형과 우주가 점점 커진다는 '우주팽창이론'의 대립, 프리드만과 르메르트의 논문, 피블스의 물리 우주론이 나오기까지의 과정이 간략하게 언급되어 있다.


<세상에서 가장 쉬운 과학 수업 : 우주팽창 이론>에서는 우주를 어떻게 상상하였는지 신화 속의 '우주 이야기'부터 살펴보기 시작한다. 고대 그리스 철학자들이 생각한 우주, 피타고라스 학파가 알아낸 우주의 비밀과 세기의 발견인 코페르니쿠스의 지동설까지가 꽤 먼 과거의 이야기이다. 지동설에 대한 부분에서는 중고등학교 과정에서 배우는 지구과학 이론이 함께 나와 있다.


망원경 없이도 천문학적인 관측 결과를 낸 튀코 브라헤, 케플러가 발견한 우주의 법칙, 성간물질 그리고 우리은하와 태양계에 대한 이야기, 별의 비밀과 우주의 시작 이야기까지 다룬다. 여기까지는 상당 부분의 내용이 학교에서 배우는 과학지식, 특히 지구과학에서 다루는 이론과 겹치므로 쉽게 이해하면서 읽을 수 있다.


이렇게 준비운동을 하면 다섯 번째 만남 '팽창하는 우주, 수학으로 읽다'부터 본게임이 시작된다. 피블스와 현대 우주론의 탄생, 아인슈타인의 방정식, 평평한 우주의 시공간 간격을 다룬 프리드먼과 르메르트, 우주 곡률과 리만 기하학 등 지적 도전을 필요로 하는 내용들이 기다리고 있다. 수식과 적절한 설명이 함께 하기 때문에 천천히 정독하면서 따라가다 보면 꽤 많은 부분을 이해할 수 있다.


일반인 또는 학생들이 노벨 물리학상을 받은 논문들을 조금이나마 받아들일 수 있게 돕는, 한국어로 된 책은 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업>이 거의 유일하지 않나 싶다. 어려운 과학 이론에 진심으로 도전해 보고 싶다면 그 첫 단계로 <세상에서 가장 쉬운 과학 수업>시리즈 완독을 먼저 추천한다.



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