'현승북스 출판사'의 "교양인을 위한 자연과학 10대 원리" 중에서 '제0장: 용어 정리'를 요약하여 소개합니다. скачать в хорошем качестве

'현승북스 출판사'의 "교양인을 위한 자연과학 10대 원리" 중에서 '제0장: 용어 정리'를 요약하여 소개합니다.

이 책은 자연과학에서 가장 중요하다고 여겨지는 10가지 원리를 선별하여 쉽고도 깊이 있게 설명한 책입니다. 전체 내용의 차례는 아래와 같습니다. 머리말 제0장. 예비 사항: 용어 정리 1. 과학, 자연학, 자연과학 2. 원리, 법칙, 정리 제1장. 운동법칙 1. 운동 제1법칙: 관성법칙 2. 운동 제2법칙: 가속법칙 3. 운동 제3법칙: 작용반작용법칙 제2장. 에너지보존법칙 (열역학 제1법칙) 1. 직관적 이해 2. 역사적 흐름 3. 에너지보존법칙의 의의 제3장. 엔트로피증가법칙 (열역학 제2법칙) 1. 직관적 이해 2. 수식적 이해 3. 엔트로피증가법칙의 의의 제4장. 맥스웰방정식 1. 빛 창조의 사행시 2. 앙페르법칙 3. 가우스법칙 4. 패러데이법칙 5. 앙페르맥스웰법칙 6. 빛의 탄생 제5장. 상대성이론 1. 상대성이론의 주변 2. 특수상대성이론 3. 상대성이론의 단상 4. ‘상대론적 질량’ 문제 5. 일반상대성이론 제6장. 이중성원리 1. 입자와 파동의 대조 2. 빛의 이중성 3. 전자의 이중성과 슈뢰딩거방정식 4. 종합적 고찰 제7장. 확률성원리 1. 보른 해석 2. 왜 확률인가? 3. 전자 이중슬릿실험 4. 확률성원리의 단상 제8장. 불확정성원리 1. 위치운동량불확정성원리 2. 불확정성원리의 근원은 파동성 3. 불확정성원리는 우주창생원리 4. 불확정성원리와 우주의 시원 5. 불확정성원리의 단상 제9장. 불완전성정리 1. 예비 마무리 2. 역설의 침입 3. 불완전성정리 ― 역설의 환생 4. 불완전성정리의 단상 제10장. 진화론 1. 진화론의 역사 2. 분류와 종 3. 다윈진화론과 그 진화 4. 진화론의 단상 마치면서 찾아보기 ** 책에서 발췌한 일부 내용은 다음과 같습니다. 운동법칙을 이 책의 첫째 원리로 내세운 데에는 오늘날 ‘과학’이라 부르는 분야가 사실상 이로부터 출발했다고 봐도 좋을 만큼의 크나큰 의의를 지닌다는 점이 크게 작용했다. ‘운동’은 ‘변화’이다. 뭔가 움직여야 세상이 변하니까! 그런데 대략 말하자면 이전까지의 탐구는 주로 정지된 대상을 다루었음에 비해 운동법칙이 나온 뒤에야 비로소 ‘변화’라는 것을 본격적으로 다룰 수 있게 되었다는 게 그 핵심적 의의이다. 서두에 “만유는 떠돈다”라는 헤라클레이토스의 말을 인용했는데, 그는 “같은 강물에 두 번 발 담글 수 없다”고도 말했고, “변화는 유일한 불변의 현상이다”라는 출처 불명의 말도 그의 말로 잘못 인용되곤 한다. 아무튼 이 말들은 “우주 만유의 본연은 변화이며 정지는 환상에 불과하다”라는 점을 잘 함축하고 있다. 그런데 이처럼 중요한 ‘변화’를 운동법칙이 나오고서야 제대로 이해하게 되었으니 운동법칙의 중요성은 너무나 자명하다. 운동법칙을 계기로 과학은 그 전후가 뚜렷이 구별되는 획기적인 발전을 하게 되었고 이 과정은 나중에 ‘과학혁명(scientific revolution)’이라 일컬어지는 웅대한 흐름을 이끌었다. --- p.43 이제 이 장을 또 다른 극적 반전으로 마무리하자. 통상의 수준에서 에너지보존법칙은 공리로 본다. 하지만 놀랍게도 20세기에 들어 ‘대칭(symmetry)’의 관념을 통해 유도될 수 있다는 점이 밝혀졌다. 이는 어느 시대에서 가장 근본적인 공리로 여겨지는 명제라도 나중에 더욱 근본적인 관념이 발견되면 이로부터 유도되는 정리가 될 수 있다는 점을 보여주는 좋은 예의 하나로서 많은 사람들에게 신선한 충격과 깊은 감명을 주었다(‘에너지’ 자체는 ‘정어’가 아니라 여전히 ‘공어’이다). 그래서 에너지보존법칙은 열역학의 범위에서는 공리이되 과학 전체의 관점에서는 유도되는 정리들의 하나가 되었는데, 정식으로 다루기는 곤란하지만 직관적으로는 대략 다음과 같이 이해할 수 있다. --- p.102 엔트로피증가법칙에는 질서와 무질서, 긍정과 부정, 선과 악 등이 얽혀 있다. 이는 인간적 관점들이므로 우주는 이에 개의치 않고 우주 본연의 법칙에 따라 운행한다. 만약 그러한 우주의 법칙이 인류의 삶을 보장까지는 아니라도 허용하기는 한다면, …… 이를 더 파헤쳐야 할 것이다. 그 결과는 예단할 수 없다. 하지만 결과가 어떻든 이를 추구하는 노력의 원천은 엔트로피증가법칙이다. 비유하면 우리의 노력은 우리의 에너지를 쏟는 일이고 구체적으로는 혈관 속 혈액의 흐름에서 유래한다. 그런데 혈액의 흐름은 심장 덕분이고 에너지의 흐름은 엔트로피 덕분이므로 엔트로피는 에너지의 심장이다. …… 이처럼 우리 삶의 사실상 유일한 원동력인 엔트로피를 부정적으로 보는 것은 부당하다. …… 그러므로 우리는 현재로서 우리에게 필요한 삶의 기반이 에너지보존법칙과 엔트로피증가법칙에 의해 제공되었다는 점에 응분의 고마움을 표하면서 이를 토대로 미지의 진정한 미래를 탐구하며 나아가야 할 것이다. --- p.162 깜깜한 방에 들어서면 무엇부터 할까? 등부터 켠다! 그래야 주변이 보여 뭔가 할 테니까! 그래선지 성경에도 창세의 첫날 빛을 맨 먼저 만들었다고 한다. 전능의 창조주에게 어둠은 아무 장애도 아니겠지만 앞으로 창조할 생명들을 위해서 그랬을 것이다. …… 최고의 과학자 아인슈타인도 “오십 년이 넘도록 빛에 대해 숙고했지만 여전히 모르겠고, 남은 삶도 이에 바쳐야겠다”라고 토로했다는 점에서 그 심오함을 간접적으로나마 실감할 수 있다. 이토록 유구한 빛의 탐구 과정에서 가장 탁월한 업적을 남긴 사람은 맥스웰(James Maxwell, 1831~79)이다. 그는 1860년대 초에 여러 방정식을 세워 이 위업을 이룩했는데, 후대의 과학자들이 넷으로 간추려 오늘날 맥스웰방정식(Maxwell's equations)이라 부른다. 이 네 식은 각각 전자기학의 근본 법칙이지만 불가분의 긴밀한 관계로 얽혀 마침내 찬란한 빛을 발산하므로 한데 엮어 살펴본다. --- p.165 나는 광속이 무한대가 아니라는 점 자체는 매우 단순한 사고실험으로 쉽게 파악할 수 있다고 본다. 여기서 주목할 대상은 ‘그림자’이며 “그림자의 존재는 광속이 유한함을 뜻한다”라는 게 나의 추론이다. 광속이 유한하다면 빛이 전구에서 나와 바닥에 갈 때까지 시간이 걸린다. 그래서 그 사이에 사람이 있다면 그냥 통과할 수 없으므로 바닥에 그림자가 생기는 게 당연하다. 하지만 광속이 무한이라면 빛은 ‘모든 곳’에 ‘동시에’ 닿는다. 그렇다면 출발이나 도착이나 그 사이의 거리도 무의미하다. …… 따라서 전구가 켜지는 순간 방안 전체가 빛을 발산하게 된다. 그렇다면 빛은 전구와 바닥에 처음부터 동시에 존재한다는 뜻이므로 그 사이에 사람이 있어도 그림자가 생길 수 없다. 이를 우주 전체에 적용하면 광속이 무한할 경우 세상에 빛이 창조된 즉시 …… 모든 물체가 똑같이 빛을 발산하는 것과 같다. 따라서 그럴 경우 우리는 사물을 색깔로만 구별할 뿐 명암으로는 구별할 수 없으므로, 이른바 ‘온통 오색찬란한 광명 천지’가 되었을 것이다. --- p.222 이런 내용을 염두에 두고 불확정성원리를 다시 돌아볼 때 어찌 평가해야 할까? 위의 여러 난제들을 생각하면 불확정성원리를 우주 창생의 근본 원리로 한사코 옹립하는 것은 무리라는 생각이 들기도 한다. 그리고 실제로 불확정성원리를 배제한 다른 이론들도 제시되어 있다. 하지만 이들 중 어느 것도 확고한 증거로 뒷받침되지 못하고 있다. 그러므로 이런 상황에서 진공의 자발적 요동과 이로 인한 쌍생성의 기정을 확실히 품고 있는 불확정성원리의 이론적 잠재력은 여전히 매력적이다. 실제로 과학의 여러 근본 법칙들 가운데 이 정도까지라도 설명할 수 있는 원리는 사실상 불확정성원리가 유일하다. 따라서 아직까지는 만유 창생에 대한 최선의 원리로 여겨지고 있다. --- p.408 참된 완전성은 불완전성을 어떻게 아우를까? 487쪽에서 불완전성정리는 공리계가 무한히 확장될 수 있다는 개방성을 보여주었다고 했다. 만약 공리계가 단순한 의미로 완전하다면 비존재로서 이 세상에서 사라지고 만다. 하지만 수학을 비롯한 여러 학문들의 공리계는 굳건히 존재할 뿐 아니라 계속 확장되고 있다. 이런 현상에서 볼 때 “참된 완전성은 개방성을 포용하며, 참된 완전계는 열린계(open system)이다” 또는 (닫힌 완전계가 아니라)“열린 불완전계가 참된 완전계이다”라고 간추릴 수 있다. 따라서 불완전성정리는 이와 같은 철학적 완전성의 관점에서 보자면 오히려 ‘참된 완전성정리’라고 새길 수 있으며, 433쪽에 쓴 극적 반전은 바로 이를 가리킨다. 마치 “어떤 사람의 결점까지도 사랑하면서, 서로 이를 보완하고, 그래도 다시 떠오르는 새 결점도 사랑하고, 또 서로 보완하며, 영원히 ‘열린 마음’으로 사랑하라!”라는 말과 같다. --- p.495 도브잔스키는 “진화에 비춰보지 않는 한 생물학의 그 무엇도 의의를 갖지 못한다”라고 했지만 진화론은 생물학을 넘어 여러 곳에서 활용되었다. 이에 어떤 사람들은 더 확장하여 다윈진화론도 물리학의 주요 법칙들처럼 전 우주에 적용될 원리라고 주장했다. 그런데 스몰린은 한 걸음 더 나아가 우리 우주 밖의 우주들에까지 적용했다. 인류를 포함한 지구의 모든 생물들이 한낱 미물들처럼 여겨질 수 있지만 그럼에도 그 생명이 생겨나고 살아가는 데에는 우주를 넘어선 우주들까지, 실로 무한한 우주들의 사슬이 필요한 것 같다. 그렇다면 이처럼 가장 넓은 뜻에서 “진화에 비춰보지 않는 한 우주론의 그 무엇도 의의를 갖지 못한다”라고 말할 수도 있을 것이다. --- p.602