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수학과 과학사로 풀어가는 노벨 과학상 수상 오리지널 논문에 도전하다!
수식과의 정면 승부
인류 역사상 가장 아름답고 혁명적인 과학 논문 제대로 맛보기

이 책의 특징은 논문에 사용된 ‘수식’을 그대로 가져왔다는 것이다. 시중의 교양과학 서적들은 수식을 배제한 채 역사적 배경이나 설명만 나열한 경우가 많다. 숫자나 수학 기호만 보아도 머리가 아파 책을 덮어 버릴 독자를 미리 배려(?)한 탓이리라. 그러나 이 책은 그 수식에 정면 승부를 걸었다. 노벨 과학상 수상 논문에는 당연히 수식이 계속해서 등장한다. 이 식들을 배제하고 논문을 읽는 것은 수박 겉핥기일 뿐이다.

수학은 과학의 언어라는 말이 있다. 과학을 이해하기 위해서는 과학의 언어인 수학을 알아야 한다. 수학이 바탕이 되어야 과학 내용을 온전히 내 것으로 만들 수 있다. 너무 욕심내지는 말자. 한 번에 이 내용을 다 이해하지 못해도 좋다. 무려 천재 아인슈타인이 쓴 논문인데 어떻게 단숨에 이해할 수 있겠나. 재미있는 과학사 이야기로 술술 따라와도 괜찮다. 아인슈타인이 위대한 이론을 탄생시킨 그 바탕만 어렴풋이 이해해 보는 건 어떨까? 수식은 눈으로 술술 읽어가도 좋다. 내용이 이해될 때 다시 반복해서 읽어보면 성취감이 더 크게 다가올 것이다. 책 뒤편에는 오리지널 논문의 영문본도 실려 있다. 저자와의 만남에서 접한 수식이 눈에 들어오는 뿌듯함도 맛볼 수 있으리라 기대한다. 과학에 미래를 건 학생들이여, 과학을 사랑하며 세상을 바꿔가는 시민들이여. 인류 역사상 가장 아름답고 혁명적인 생각이 담긴 논문에 도전하자.

『특수상대성이론』

추천사
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
드디어 시간이 움직이다! _호킹 박사 깜짝 인터뷰

첫 번째 만남│아인슈타인 이전의 물리학
아리스토텔레스의 운동론 _돌이 땅에 떨어지는 그럴듯한 이유
고전역학의 창시자 갈릴레이 _지루한 설교 덕분에 대단한 발견을!
갈릴레이, 속력을 정의하다 _두 물체의 빠르기는 어떻게 비교할까?
고전역학을 완성한 뉴턴 _거인의 어깨 위에서
미분과 적분의 발견 _한없이 가까워지고 무한히 잘게 나누기
미분으로 순간속도를 정의하다 _내 차의 속도는 얼마나 변했을까?
뉴턴의 세 가지 운동법칙 _지금처럼 쭈욱 가보자고!
갈릴레이의 상대성원리 _가로수가 뒤로 가는 것처럼 보이는 이유
일과 운동에너지 _물체를 움직이는 힘에 대하여

두 번째 만남│영웅 아인슈타인의 등장
빛의 속력을 측정한 과학자들 _너는 너무나 빨라!
에테르 논쟁 _잘은 모르지만 존재해야만(?) 한다
마이컬슨·몰리의 실험 _에테르를 찾아보자!
로런츠·피츠제럴드 수축 _잘못된 신념이 만들어 낸 억지 이론
마흐의 역학 비판 _시간이 먼저냐 운동이 먼저냐
아인슈타인의 학창 시절 _천재성을 꽃피운 환경의 중요성

세 번째 만남│논문 속으로 1부
특수상대성이론 논문의 개요 _혁명적인 두 가지 가설
테일러, 함수를 급수로 나타내다 _함수를 전개식으로 나타내는 마술
정지해 있는 막대기의 길이 재기 _빛으로 캐치볼을!
등속도 v로 움직이는 막대기의 길이 재기 _내가 보는 빛의 이동 거리는?
길이와 시간의 상대성 _너와 나의 시간은 다르다
아인슈타인의 속도 덧셈 _빛의 속도에서는 이 규칙을!

네 번째 만남│전기를 연구한 사람들
정전기로부터 시작된 전기 연구 _일상의 불편을 예사로 넘기지 않다
클라이스트와 레이던병 _전기를 모아 보자!
쿨롱의 법칙 _두 전하 사이의 법칙에 대하여
전지의 발명 _서로 다른 금속판 사이에 무슨 일이?
전기장 _전기력 게임을 할 준비가 되었다!
가우스의 법칙 _핵심으로 가는 어려운 길목
전위(전기퍼텐셜) _중력과 닮은 전기력의 성질

다섯 번째 만남│전기와 자기의 비밀
자기장 _거대한 자석, 지구
전류의 자기 작용 _전류가 흐르면 나침반이 움직인다?!
앙페르의 법칙 _전류와 전류 사이에 작용하는 힘
패러데이의 전자기 유도 법칙 _자석이 움직이면 무슨 일이 일어날까?
맥스웰 방정식 _전자기에 대한 완벽한 방정식
빛은 전자기 파동 _광속으로 움직이는 파동에 대하여
도플러 효과 _파동의 진동수를 다르게 느끼다

여섯 번째 만남│논문 속으로 2부
빈 공간에서 맥스웰 방정식의 상대성이론 _두 관찰자는 맥스웰 방정식을 어떻게 묘사할까?
상대론적 도플러 효과 _두 관찰자는 전자기파의 위상을 어떻게 볼까?
질량 에너지 관계식 E=Mc² _하이라이트 공식의 탄생

만남에 덧붙여
On the Electrodynamics of Moving Bodies _아인슈타인 논문 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 논문들
수식에 사용하는 그리스 문자
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다

『방사선과 원소』

과학을 처음 공부할 때 이런 책이 있었다면 얼마나 좋았을까
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
노벨상 5개, 위대한 퀴리 가문의 탄생 _이렌 퀴리 깜짝 인터뷰

첫 번째 만남│방전관에서 발견된 X선
백열전구를 발명한 사람들 _더 밝게, 더 오래 빛나도록
데이비, 아크등을 발명하다 _전구보다 먼저! 세계 최초의 전기 조명기구
가이슬러와 방전관 _다양한 색깔과 모양으로 빛을 내다
크룩스관의 등장 _방전관 속의 빛의 정체를 찾아서
레나르트의 유리창 _음극선의 비밀을 밝혀라
X선을 발견한 뢴트겐 _제1회 노벨 물리학상 수상자
노벨상의 탄생 _인류에 공헌한 사람들에게
X선의 정체를 밝힌 사람들 _노벨상을 놓친 불운한 천재 물리학자

두 번째 만남│전자의 발견과 전하량 측정
톰슨과 캐번디시 연구소 _실험 물리학에 대한 투자와 노벨상 수상
전자의 발견 _음극선은 왜 휘어질까?
전자의 전하량을 측정한 밀리컨 _물방울 대신 기름방울로!

세 번째 만남│20세기 최고의 여성 과학자 마리 퀴리
우라늄에서 방사선을 발견한 베크렐 _4대가 물리학자인 집안
폴란드의 마리아 스크워도프스카 _역경에도 꺾이지 않은 학업에의 열정
파리의 여대생 마리, 피에르 퀴리를 만나다 _연구와 인생의 단짝
토륨과 방사능 _검은 광물에서 나오는 방사선
공동 연구를 시작한 퀴리 부부 _피치블렌드 광석의 수수께끼를 풀어 보자!
폴로늄의 발견 _더 강한 방사능 물질을 찾아내다
라듐의 발견 _두 번째 새로운 방사능 원소와 노벨상 수상
마리 퀴리, 노벨 화학상을 수상하다 _순수한 라듐 분리와 원자량 측정

네 번째 만남│노벨상 이후의 마리 퀴리와 방사능 연구의 영웅들
라듐의 빛과 그림자 _만병통치약에서 재앙의 시작으로
세 종류의 방사선 _러더퍼드와 가이거의 연구
마리 퀴리와 제1차 세계대전 _1그램의 라듐을 구하기 위해

다섯 번째 만남│두 번째 퀴리 부부와 인공 방사성 원소
주기율표의 탄생 _비슷한 성질끼리 모여라!
마리 퀴리의 장녀, 이렌 퀴리 _특별한 교육법의 수혜자
중성자의 발견 _당구공을 움직이려면 쌀알이 아니라 당구공이 필요해
인공 방사성 원소 _수정된 가설 그 이상의 의미

여섯 번째 만남│새로운 원소 발견과 원자핵 분열
러더퍼드의 원자핵 모형 _중성자 발견 이전의 원자핵에 대한 생각
동위원소 _같은 듯 다른 원소들
중성자 발견 후 원자핵의 연구 _원자핵의 본모습을 찾다
누락된 원소들 _주기율표의 빈칸을 채워라
초우라늄 원소 _과학계가 공인한 원소 118번까지
제2차 세계대전과 원자폭탄 _엄청난 에너지와 괴물 같은 무기의 탄생
원자력 발전 _유용성과 위험성을 지닌 양날의 칼

만남에 덧붙여
On a New Kind of Rays _뢴트겐 논문 영문본
Cathode Rays _톰슨 논문 영문본
On a New Radioactive Substance Contained in Pitchblende _퀴리 1 논문 영문본
On a New, Strongly Radioactive Substance, Contained in Pitchblende _퀴리 2 논문 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 논문들
노벨 화학상 수상자들을 소개합니다

『양자혁명』

추천사_008
과학을 처음 공부할 때 이런 책이 있었다면 얼마나 좋았을까
물리학적 사고 성장사의 경험을 한번에 정리한 책
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
세상을 뒤바꾼 역학이론의 탄생 _펜지어스 박사 깜짝 인터뷰

첫 번째 만남│양자론의 아버지, 플랑크
눈에 보이지 않은 힘을 탐구한 헬몬트 _공기가 여러 가지 기체라고?
의심 많은 화학자 보일 _기체의 압력과 부피의 관계를 밝히다
샤를의 법칙 _처음으로 기구를 타고 하늘을 날다
공기의 성분을 발견한 과학자들 _눈에 보이지 않는 기체의 발견
돌턴의 원자 이야기 _기체 분자설
분자설의 주인공 아보가드로 _모든 기체의 분자의 수는?

두 번째 만남│열역학의 영웅들
기체운동론의 선구자 줄 _신혼여행에서도 이어진 실험
열역학 제1법칙의 탄생 _무더운 날 냉커피가 점점 뜨거워지는 이유는?
엔트로피와 열역학 제2법칙 _열은 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동한다
열역학 제1법칙과 제2법칙의 연결 _편미분의 이용
조합의 수 _경우의 수를 헤아리는 4가지 방법
통계역학의 개척자 볼츠만 _엔트로피를 확률과 통계에서 찾다
볼츠만 인자의 탄생 _에너지가 무한대로 가면 0이 된다

세 번째 만남│흑체복사의 영웅들
일곱 개의 빛 _우리 눈에 보이는 빛의 원리
프라운호퍼, 분광학의 문을 열다 _스펙트럼 흡수선의 발견
키르히호프의 법칙 _빛의 흡수와 방출의 비는 일정하다
슈테판, 열복사의 신비를 풀다 _지구가 뜨거워지는 이유
전쟁으로 탄생한 빈의 공식 _물체의 색은 어떻게 결정될까?
빈, 보라 공식을 찾다 _파장이 짧은 빛
레일리-진즈의 빨강공식 _실험적 그래프를 수식으로 풀다
플랑크의 양자혁명 _완벽한 이론으로 불완전함을 이기다

네 번째 만남│플랑크의 논문 속으로
팩토리얼과 적분의 연결 _부분적분의 활용
스털링 근사식 _매우 큰 N으로 공식을 세우다
오일러가 푼 제타함수와 소수 관계 _무한급수의 합에 도전하다
플랑크의 기묘한 가설 _새로운 알갱이의 탄생
양자 시대의 서막 _플랑크상수를 파헤치다

다섯 번째 만남│광자의 존재를 알아낸 과학자들
아인슈타인, 플랑크 논문을 완성하다 _광전효과를 설명하다
콤프턴 효과 _양자의 존재를 밝힌 강력한 한 방

만남에 덧붙여
On an Improvement of Wien’s Equation for the Spectrum _플랭크 1 논문 영문본
On the Theory of the Energy Distribution Law of the Normal Spectrum _플랭크 2 논문 영문본
On the Law of the Energy Distribution in the Normal Spectrum _플랭크 3 논문 영문본
A QUANTUM THEORY OF THE SCATTERING OF X-RAYS BY LIGHT ELEMENTS _콤프턴 논문 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 논문들
수식에 사용하는 그리스 문자
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다

『원자모형』

추천사
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며 … 013
세상을 놀라게 한 원자모형 이론의 탄생_ 오거 보어 박사 깜짝 인터뷰 … 015

첫 번째 만남│돌턴의 원자설이 나오기까지
탈레스의 기본원소_ 탐구심으로 전쟁을 멈추다 … 022
4원소설_ 물질을 이루는 물, 불, 공기, 흙 … 029
고대의 원자론_ 더 이상 쪼갤 수 없는 작은 입자 … 036
마법과 과학 사이의 연금술_ 돌맹이도 금이 되나요? … 039
근대화학의 아버지 돌턴_ 원소의 원자는 둥글다 … 049

두 번째 만남│뉴턴의 원운동
벡터 알아보기_ 크기와 방향으로 정의하다 … 058
삼각함수의 역사_ 코사인 법칙 … 071
뉴턴의 구심력_ 왜 달은 땅으로 떨어지지 않을까? … 084
원운동을 위한 구심력의 크기_ 반지름이 작을수록 큰 운동이 필요하다 … 092
각속도와 각운동량_ 여러 자연현상을 나타낼 때에도 사용한다 … 099

세 번째 만남│톰슨의 원자모형
원자모형의 역사_ 토성 모형과 자두 푸딩 모형 … 110
전기장의 세기 구하기_ 가우스 법칙 … 113
톰슨의 논문 속으로_ 원자 속에 골고루 섞여 있는 전자 … 117

네 번째 만남│러더퍼드의 원자모형
러더퍼드의 원자핵_ 최초로 원자핵의 존재를 밝혀낸 모형 … 134
러더퍼드의 원자모형_ 끈기와 노력으로 결실을 맺다 … 139

다섯 번째 만남│보어의 원자모형
발머의 공식_ 수소원자의 방출 스펙트럼 … 156
보어의 발견_ 러더퍼드 원자모형을 뒤엎다 … 161
보어의 논문 속으로_ 불연속적인 에너지 … 167
에너지의 양자화_ 원자모형으로 알아본 각운동량 양자화 … 179

만남에 덧붙여
The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science_ 톰슨 논문 영문본 … 184
The Scattering of a and b particles by Matter and the Structure of the Atom_ 러더퍼드 논문 영문본 … 213
On the Constitution of Atoms and Molecules_ 보어 논문 영문본 … 230
위대한 논문과의 만남을 마무리하며 … 254
이 책을 위해 참고한 논문들 … 256
수식에 사용하는 그리스 문자 … 257
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다 … 258

『불확정성원리』

추천사
천재 과학자들의 오리지널 논문을 이해하게 되길 바라며
양자역학의 문을 열다 _파인먼 박사 깜짝 인터뷰

첫 번째 만남│광학의 역사
스넬의 법칙 _빛의 반사와 굴절
페르마의 최소 시간 원리 _스넬의 법칙을 증명하다
훅의 법칙과 단조화 진동 _원래대로 돌아가자!
뉴턴의 입자설과 하위헌스의 파동설 _빛은 입자일까, 파동일까
영의 실험과 빛의 파동설 _밝고 어두운 무늬를 관측하다
전자기파의 발견 _무선 통신의 시작

두 번째 만남│물질의 이중성
드브로이, 물질의 이중성을 주장하다 _파동과 입자의 성질을 모두!
물질파와 보어의 원자모형 _파동이 소멸하지 않는 조건
물질파의 발견 _실수가 만들어 낸 위대한 결과

세 번째 만남│푸리에 급수와 푸리에 변환
오일러 공식 _삼각함수와 지수함수의 관계
푸리에 급수 _주기함수를 사인과 코사인으로 나타내기
복소수로 나타낸 푸리에 급수 _한 걸음 더 나아가자

네 번째 만남│불확정성원리 논문 속으로
하이젠베르크의 젊은 시절 _새로운 양자 이론의 등장 전야
하이젠베르크와 보른의 대결 _행렬역학의 삼총사
하이젠베르크의 불확정성원리 _불연속 대 연속
보어의 양자화 조건에 대하여 _새로운 곱셈 규칙의 적용
양자 단조화 진동 문제 _양자론에서 나타나는 불연속적 위치의 이동
보른의 불확정성원리 _위치와 속도에 주목하다

다섯 번째 만남│해석역학의 역사
오일러의 변분법 _두 점 사이의 최단 경로
라그랑주의 해석역학 _변분법을 역학에 적용하다
해밀턴의 방정식 _다른 방식으로 역학을 기술하다
해밀턴-야코비 방정식 _작용이 만족하는 방정식

여섯 번째 만남│슈뢰딩거 방정식의 탄생과 불확정성원리의 완성
슈뢰딩거의 등장 _새로운 방정식의 발견
슈뢰딩거의 논문 속으로 _양자역학을 지배하는 방정식의 탄생
하이젠베르크-보른-요르단 관계식과 슈뢰딩거 방정식 _다르게 보이지만 결국 같은 것
보른의 확률 해석과 에렌페스트의 기댓값 _복소수 문제의 해결
슈뢰딩거, 양자역학으로 단조화 진동을 풀다 _하나의 답을 찾아서
불확정성원리의 완성 _동시에 정확하게 측정할 수 없다
하이젠베르크의 강연 _현미경 렌즈로 물체를 보는 가상 실험

만남에 덧붙여
On the Quantum Reinterpretation of Kinematical And Mechanical Relationships _하이젠베르크 논문 영문본
An Undulatory Theory of the Mechanics of Atoms And Molecules _슈뢰딩거 논문 영문본
위대한 논문과의 만남을 마무리하며
이 책을 위해 참고한 논문들
수식에 사용하는 그리스 문자
노벨 물리학상 수상자들을 소개합니다