위대한 실험

책소개

세상의 비밀을 밝혀낸 10가지 과학 실험들! 수백 명이 동원되는 현대의 대규모 과학 연구는 너무 복잡하고 난해해서 과학자들도 자신의 전공 분야가 아니면 쉽게 이해할 수 없지만, 50여 년 전만 해도 중요한 과학적 발견들은 한 사람의 호기심에서 시작되었다. 양자역학, 일반상대성이론, 초끈이론 등과 같은 놀라운 업적들도 단순한 기구를 사용한 고전 실험에서 비롯되었다. 『세상의 비밀을 밝힌 위대한 실험』은 이렇게 간결하지만 논리적으로 잘 짜여진 실험설계로 위대한 발견을 이뤄낸 10가지 실험들을 소개하는 책이다. 어떤 의문에 대한 해답을 찾기 위해 곰곰이 연구하고 그것을 논리적으로 도출해낸 과학자들의 실험을 다루고 있다. 여기에 소개된 10가지 실험들은 가장 단순한 것이 가장 위대할 수 있음을 잘 보여준다. 슈퍼컴퓨터나 입자가속기는 없었지만, 그 시대 과학자들은 나무판이나 공, 프리즘 같은 물건들로 자연의 법칙을 알아내었다. 낙하하는 공을 통해 사물의 운동법칙을 알아낸 갈릴레오의 경사면 실험, 프리즘으로 빛의 정체를 밝힌 뉴턴의 빛분해 실험, 동물의 무의식적 행동 반응을 임의적으로 조정한 파블로프의 연구, 양자역학의 토대를 세워 우주 시대를 연 밀리컨의 기름방울 실험 등을 만날 수 있다.

저자소개

저자 : 조지 존슨 과학 저널리스트. 〈뉴욕타임즈〉, 〈사이언티픽 아메리칸〉, 〈와이어드Wired〉, 〈슬레이트Slate〉 등에 기고하고 있으며 저서로는 《양자 컴퓨터A Shortcut Through Time》, 《스트레인지 뷰티Strange Beauty》, 《미스 리비트의 별Miss Leavitt’s Stars》 등이 있다. 미국과학진흥협회의 과학보도상을 수상했고 롱플랑 과학도서상 최종 후보에 올랐다. 역자 : 김정은 전문 번역가. 성신여자대학교에서 생물학을 전공했다. 옮긴 책으로는 《믿음 소망 치유 이야기》,《미토콘드리아》 등이 있다.

프롤로그 1. 사물은 어떻게 움직이는가 _갈리레오의 경사면 실험 2. 심장의 비밀을 밝히다 _하비의 심장 해부 3. 빛이란 무엇인가 _뉴턴의 빛분해 실험 4. 연금술, 화학이 되다 _라부아지에의 연소 실험 5. 생체의 전기현상을 연구하다 _갈바니의 동물전기 6. 현상에 감춰진 진실 _패러데이의 전자기력 연구 7. 에너지와 운동의 관계를 밝히다 _줄의 에너지보존법칙 8. 빛의 속도를 측정하다 _마이컬슨-몰리의 실험 9. 측정할 수 없는 것을 측정하다 _파블로프의 조건반사 연구 10. 우주 시대를 열다 _밀리컨의 기름방울 실험 에필로그 감사의 글 참고문헌 찾아보기

책속으로

-유례없이 기이한 혈액의 공급원과 양에 대한 특성을 밝힘으로써 일부의 질시를 받게 되는 것도 두렵지만 그 여파로 인해 내가 온 인류의 적이 될 것을 생각하면 등골이 오싹할 정도로 두렵다. 그만큼 오랜 인습은 굳건히 자리 잡고 있다. 한번 싹튼 이론은 그 뿌리를 깊이 내렸고 누구나 옛것을 존중한다. 그러나 주사위는 던져졌고, 나는 진리에 대한 지성인의 양심을 믿는다. _2장 중에서

-이 실험의 대가였던 밀리컨은 그 손놀림이 얼마나 뛰어났던지 기름방울이 관찰자의 시야에서 벗어나지 못하게 고정시킬 수도 있었다고 한다. 저녁을 먹으러 집에 갔다가 밤늦게 돌아와 확인해보면 기름방울은 거의 움직이지 않은 채 그 자리에 있었다고 전해진다. 그는 전자가 마치 케이블카에 올라타는 승객처럼 기름방울에 달라붙거나 떨어질 때 기름방울의 속도가 변한다는 내용의 연구 결과를 발표했다. 기름방울을 약간 밀어올리고 싶으면 밀리컨은 납으로 만든 작은 문을 열고 라듐으로 기름방울을 슬쩍 건드렸다. _10장 중에서

출판사 서평

“현상에 감춰진 세상의 진실을 밝히다!” 간결한 실험설계로 위대한 발견을 이룬 10가지 과학 실험들 아인슈타인은 어린 시절 아버지가 자신에게 나침반을 보여준 때를 회상했다. 어느 쪽으로 돌려도 항상 북쪽으로 돌아오는 나침반 바늘은 어린 아인슈타인에게 깊은 인상을 심어주었다. “사물의 이면에는 반드시 깊숙이 감춰진 무언가가 있다.” 21세기에 들어와 과학은 산업이 되었다. 수백 명의 과학자가 동원된 수백 만 달러짜리 과학 실험은 드문 일이기는커녕 오히려 당연한 모습이 되었다. 현대의 대규모 과학 연구는 너무 복잡하고 난해해서 일반인들은 물론 과학자들도 자신의 전공 분야가 아니라면 쉽게 이해할 수 없다. 그러나 50여 년 전까지만 해도 현대 과학 문명을 이룩한 중요한 과학적 발견들은 아인슈타인의 말처럼 미지의 현상과 마주한 한 사람의 호기심에서 시작되었다. 양자역학이나 일반상대성이론, 초끈이론 같이 난해하고 찬란한 업적들도 한두 사람의 과학자가 실험대 위에서 단순한 기구를 사용한 몇 가지 고전 실험에서 비롯되었다. 이 책은 목성의 위성을 발견한 갈릴레이나 핀치의 부리를 관찰한 찰스 다윈의 경우처럼 놀랍지만 우연한 발견에 관한 책이 아니다. 자연에 대한 의문의 해답을 찾기 위해 곰곰이 궁리하고, 그 해답을 어떻게 도출해야 할까를 논리적으로 정리한 과학자들의 실험에 관한 이야기다. 낙하하는 공을 통해 사물의 운동법칙을 알아낸 갈릴레오의 경사면 실험, 프리즘으로 빛의 정체를 밝힌 뉴턴의 빛분해 실험, 동물의 무의식적 행동 반응을 임의적으로 조정한 파블로프의 연구, 양자역학의 토대를 만들어 우주 시대를 연 밀리컨의 기름방울 실험 등 이 책에 소개된 10가지 실험들은 더할 나위 없이 간결하지만, 세상의 비밀을 밝힌 위대한 통찰력을 담고 있다. 갈릴레오는 낙하하는 공의 속도를 측정하기 위해 나무판의 각도를 조절하고, 노래를 불러 시간을 초 단위보다 잘게 쪼갰다. 뉴턴은 색의 실체를 밝히기 위해 창문에 작은 구멍을 뚫고, 프리즘의 각도를 조정했다. 밀리컨은 전자의 모습을 관찰하기 위해 향수 분무기를 이용했다. 이토록 단순한 도구 하나만으로 자연 현상에 감춰진 진실을 알아낼 수 있었던 것은 간결하고 논리적으로 짜여진 실험설계를 따라 정확하게 실험이 수행된 결과다. 고대 그리스의 조각상처럼 군더더기 하나 없고, 정밀하게 통제된 실험은 그 자체로 아름답다 할 만하다. 이런 실험들을 따라가다 보면 혼돈과 모호함이 순식간에 걷히고 자연에 대한 새로운 도약이 눈앞에 펼쳐진다. 이 책은 복잡한 현대 과학의 시대에 인류의 깨어 있는 탐구 정신과 날카로운 지성이 그 무엇보다 유용한 실험 도구라는 단순한 진리를 우리에게 일깨워준다. ■ 주요 내용 이 책에 소개된 10가지 실험들은 가장 단순한 것이 가장 위대할 수 있음을 우리에게 보여준다. 간결하지만 논리적으로 잘 짜여진 실험설계로 정확하게 수행된 이런 실험들은 슈퍼컴퓨터나 입자가속기가 아니라 나무판이나 공, 프리즘 같은 사소한 물건들로 자연의 법칙을 밝혀내었다. 1. 사물은 어떻게 움직이는가_갈릴레오의 경사면 실험 나무판과 공 하나로 사물의 운동 법칙을 꿰뚫어보다 과학 실험을 통해 이론을 정립한 최초의 과학자 갈릴레오. 그는 사물의 낙하 속도가 질량에 비례한다는 아리스토텔레스의 운동 법칙이 잘못되었음을 경사면에서 공을 굴려 낙하 가속도를 구함으로써 증명했다. 전자감지기나 초고속 카메라로 물체의 움직임을 관찰하지 못하던 시대에 그는 노래를 부른다는 기발한 방식으로 세밀하게 시간을 쪼개 관찰했다. 갈릴레오는 개개의 사실을 관찰하는 것보다 현상 뒤의 규칙을 이해하는 것이 과학의 시작이라는 것을 알고 있었던 것이다. 2. 심장의 비밀을 밝히다_하비의 심장 해부 진리에 대한 애정과 지성인의 양심으로 오랜 인습을 타파하다 수백 종의 동물 심장을 해부하고, 관찰에 관찰을 거듭하여 하비는 그동안 자신이 배워온 갈레노스 의학의 오류를 감지했다. 이전까지는 우리 몸에는 두 가지 혈관계가 있다는 것, 활력 체액이나 에테르 정기, 뉴마의 존재 등 해부학마저 신비적인 개념으로 설명되었다. 그는 단순히 시체 해부만으로 관찰할 수 없는 사실들을 보기 위해서 냉혈동물이나 살아 있는 동물을 해부한다는 누구도 생각지 못한 일을 했다. 심장박동에는 수축기와 이완기라는 두 종류의 박동이 있다는 것, 혈액은 한 방향으로 순환한다는 것, 심실과 심방이 교대로 운동한다는 것 등을 관찰한 그는 해부학을 완전히 새로 그렸다. 하비가 밝혀낸 것은 1400년간 의학계를 지배해온 갈레노스 의학의 오류가 아니라 인간 생명의 근원이었다. 3. 빛이란 무엇인가_뉴턴의 빛분해 실험 창문에 구멍을 뚫어 빛의 정체를 밝혀내다 뉴턴 시대에도 광학은 여러 철학자들과 과학자들에 의해 연구되고 있었다. 빛의 굴절현상이나 간섭현상 등은 뉴턴 이전에 밝혀진 것이었지만 누구도 정확한 사실을 알지는 못했다. 뉴턴 또한 빛의 성질을 궁금해했던 수많은 17세기의 과학자 중 한 명이 될 수도 있었다. 그러나 그는 자신의 안구 뒤에 탐침을 찔러 넣기도 하고, 프리즘을 이리저리 움직여 빛을 관찰해 색이 사물에 내재된 것이 아니라 굴절율에 따른 것임을 알아냈다. 훅이나 호이겐스 같은 과학자들도 빛과 색의 특성을 연구했지만, 끊임없는 관찰과 실험을 통해 진정으로 빛과 세상의 관계를 깊이 이해한 사람은 실험가 뉴턴이었다. 7. 빛의 속도를 측정하다_마이컬슨-몰리의 실험 우주 공간을 측정하려는 두 과학자의 웅대한 시도 1981년, 마이컬슨과 몰리의 실험이 있기 전까지 빛은 에테르라는 가상체를 매개로 하여 우주 공간을 지나간다고 여겨졌다. 그들의 실험을 통해 에테르는 존재하지 않는다는 것이 밝혀져 절대 공간에 관한 관념이 깨어지고 절대 변하지 않는 유일한 기준은 빛의 속도라는 것이 드러났다. 우주라는 미지의 공간에 내려진 닻을 찾고자 하는 두 과학자의 실험은 그들의 의도와는 달리 진행되었지만, 아인슈타인의 일반상대성이론의 기반을 마련하여 인식의 지평을 넓혀주었다. 9. 측정할 수 없는 것을 측정하다_파블로프의 조건반사 연구 측정할 수 있는 세계에서 측정할 수 없는 세계로 도약하다 가장 다루기 어려운 동물의 생체 반응을 정교하고 숙련된 솜씨로 정확히 통제한 파블로프. 그는 동물의 행동이 뇌의 특정 부분과 깊은 관련이 있다는 사실을 알아냈고, 무조건 반사로 보이는 행동들도 학습에 따라 조정이 가능하다는 것을 증명했다. 그의 조건반사 이론은 생리학을 신경기능, 심리학과 연관시켜 인간 행동을 이해하는 데 새로운 관점을 마련했다. 살아 있는 동물의 몸을 과학적으로 이해하고자 하는 마음으로 파블로프가 이룬 업적은 저 멀리 떨어져 있는 별만큼이나 낯설고 새로운 세계-뇌의 탐구라는 세계의 문을 열었다.

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