고전물리학의 창시자들을 찾아서 - 고전물리학자들과 그들의 발견

“과학은 이미 완성된 지식일까, 아니면 아직 끝나지 않은 질문일까?”

 

세상의 고정관념을 넘어 진리를 탐구했던 물리학의 선구자들. 그리고 그들과 나누는 에밀리오 세그레의 지적인 대화.

노벨 물리학상 수상자 에밀리오 세그레는 자신의 학문적 뿌리가 된 거장들의 세계를 다시 찾아 나선다. 갈릴레오의 초상화를 바라보고, 뉴턴의 원전 속에서 고뇌를 읽어 내며, 수백 년의 시간을 건너 그들과 사유의 대화를 이어간다.

이 책은 단순히 위대한 업적을 나열하는 과학사가 아니다. 갈릴레오와 뉴턴에서 시작해 패러데이와 맥스웰, 볼츠만과 기브스에 이르기까지 현대 물리학의 토대를 이룬 사상과 발견이 하나의 흐름으로 펼쳐진다. 저자는 자연이라는 거대한 수수께끼 앞에서 끝없이 질문하고, 의심하고, 다시 생각했던 과학자들의 치열한 탐구 과정을 생생하게 들려준다.

탐구할 수 있는 것은 끝까지 탐구하고, 이해할 수 없는 것 앞에서는 경외심을 잃지 않는 것. 이 책은 과학의 역사를 넘어 사유하는 인간의 위대한 정신을 보여준다.

지금, 물리학의 뿌리와 다시 만나는 지적인 여정이 시작된다.

[목 차]

머리말

꿈속의 전주곡

 

1장 기초를 세운 조상: 갈릴레오와 하위헌스

피사: 준비기간｜파도바: 천공의 불가사의｜피렌체: 영광과 몰락｜하위헌스: 전환기의 인물

 

2장 마술의 산: 뉴턴

복잡하고 이해하기 힘든 인간성｜케임브리지 대학생에게 내린 계시｜루카스 교수: 빛이 분해되다｜『프린키피아』와 우주의 구조｜창조의 전성기가 지나고｜포기된 과학: 조폐국 국장 시대와 어두운 면

 

3장 빛이란 무엇인가?

뉴턴의 계승자들: 수학과 자연계｜수학자들｜물리학자들｜빛은 파동이다: 토머스 영, 만능 재주꾼｜프랑스의 과학자 양성소｜프레넬의 마무리｜스펙트럼이 알리는 정보: 프라운호퍼, 분젠, 키르히호프

 

4장

전기: 천둥에서 모터와 전파까지

정전기와 자기의 어려웠던 정복｜개구리의 도움: 갈바니, 볼타와 ‘인류가 발명한 가장 놀라운 도구’｜전자기학: 전류와 자침-외르스테드와 앙페르｜생생한 외모와 강력한 상상력: 패러데이-제본공에서 과학의 왕자, 실험의 제일인자로｜물리학에서 절대로 잘못이 없는 사람, 맥스웰｜현대물리학으로의 징검다리-헨드릭 안톤 로런츠

 

5장

열: 물질, 진동, 운동

화학과 물리학의 중간-기체의 성질｜애국심, 공학기술, 천재성-카르노와 그의 대변자 윌리엄 톰슨｜견고한 요새, 열역학: 에너지 보존-마이어, 줄, 헬름홀츠｜열역학의 완성: 루돌프 클라우지우스

 

6장

분자운동론: 물질구조 해명의 시작

불운한 선각자들｜또 한 번, 클라우지우스와 맥스웰｜루트비히 볼츠만｜통계와 확률이 물리학에 도입되다｜자연에서 발견되는 실제 기체｜판데르발스의 놀라운 방정식｜물리학자 기브스

부록

1. 뉴턴의 수학적 제원리(제Ⅱ장): 구심력의 결정｜2. 뉴턴의 수학적 제원리(제Ⅲ장): 이심 원추 곡선상의 물체의 운동｜3. 케플러 법칙의 표준적인 도출｜4. 열 교환에 관한 키르히호프의 법칙｜5. ‘전기학의 뉴턴’의 논의｜6. 전하의 전자기단위에 대한 정전기단위의 비의 측정과 빛의 속도｜7. 맥스웰 방정식에서 평면파의 도출｜8. 얼음의 융점에 대한 압력의 영향｜9. 온도의 절대눈금과 기체온도계｜10. 맥스웰 자신이 말하는 분자속도의 맥스웰 분포｜11. 볼츠만의 묘비문｜12. 볼츠만의 H-정리의 요점｜13. 에너지 등분배율이 제기한 난점｜14. 놀라운 판데르발스의 방정식과 클라우지우스의 비리알 정리

 

맺는말

역자 후기

참고문헌

[본 문]

1610년 봄, 갈릴레오(Galileo Galilei, 1564~1642)를 만나기 위해 처음으 로 파도바(Padova)를 찾았다. 그의 친구 사그레도(Sagredo)가 친절히 소 개장을 써 주었다. 갈릴레오의 저택 문 앞에 이르자 가정부가 나를 반 겼다. 그녀는 갈릴레오가 베네치아(약 25마일 거리)로 여행을 떠나 부재 중이지만 곧 돌아올 것이니 들어오라고 말했다._15쪽

 

하위헌스의 수학은 아르키메데스의 방법을 매우 정교하게 응용한 것이었다. 이는 갈릴레오와의 중요한 차이점으로 갈릴레오의 방법으로는 해결할 수 없었던 등시곡선(tautochrone)이나 사이클로이드의 축폐선(evolute)과 같은 문제를 풀 수 있게 했다. 그러나 그는 만년에 이르기까지 시대의 새로운 정신에 깊이 동참하지는 않았다. 당시의 혁명적 수학에서 쓰이기 시작한 새로운 개념과 발상을 거의 사용하지 않았던 것이다._97쪽

 

뉴턴은 위대한 발견을 한 시점에서 곧바로 출판해 공표하지는 않았지만, 흑사병이 잠잠해져 케임브리지로 돌아왔을 때, 자신의 후견인 배로우에게 그중 일부를 밝혔다. 그는 독특한 행동 방식에 따라 얻어낸 대부분의 결과를 비밀로 간직했다. 그리고 누군가가 그를 자극하거나 똑같은 결과를 발견했을 때에만 그것을 세상에 발표하곤 했다. 그의 업적의 우선권이 즉시 인정되지 않거나, 누군가가 그의 성과에 의문을 제기하면 펄쩍 뛰는 것이었다._120쪽

 

앙페르의 명성은 급속하게 높아졌으며, 잇따라 일거리를 얻게 되었다. 1808년에는 프랑스 대학의 장학사로 임명되어, 평생 그 직무를 수행했다. 1814년 이전에는 아카데미 회원과 교수가 되었다. 장학사로서의 공식 임무는 여러 학교의 시찰, 시험 감독, 행정 업무 참여였는데, 이는 그의 성향과 잘 맞지 않았다. 파리로 돌아와서는 수학, 물리, 철학 교수직을 역임했다. 이때 그는 연구를 구상한 고장의 이름을 따서 아비뇽고(Avignon)의 정리, 마르세유(Marseilles)의 이론과 같은 명칭을 붙였다._274쪽

 

패러데이가 19세기의 가장 위대한 실험물리학자였다면, 제임스 클러크 맥스웰은 가장 위대한 이론물리학자였다. 그는 현대 전기이론의 창설자이며, 열역학과 통계역학의 창설자 가운데 한 사람이다. 이제 그의 이야기를 할 차례이지만, 그가 열의 분야에서도 탁월한 업적을 남겼다는 사실을 상기할 필요가 있다. 후에 켈빈 경으로 불리게 된 윌리엄 톰슨은 19세기 최고의 물리학자 중 한 사람으로, 그도 그러한 이중의 역할을 했다._317쪽