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    새로운 두 과학 고체의 강도와 낙하 법칙에 관하여

    시리즈 : 사이언스 클래식 [25]

    • 갈릴레오 갈릴레이 저
    • 이무현 역
    • 사이언스북스
    • 2016년 04월 15일
    • 정가
      25,000원
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    ISBN: 9788983717672 424쪽 152 x 224 (㎜)

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    • 판매지수 : 182

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    책 소개

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    출판사 리뷰

    출판사 서평
    현대 과학 문명은 이 책에서 시작되었다!
    실험 물리학의 초석을 다진 불멸의 고전
    『새로운 두 과학』은 물리학에 지대한 영향을 끼쳤다.
    － 스티븐 호킹
    가장 고전적인 주제를 다루는 가장 새로운 과학의 탄생!
    온갖 멋진 결과들로 가득 차 있는 이 새로운 학문의 세계로 통하는 문이 역사상 처음으로 활짝 열렸으니, 앞으로 많은 사람들이 이것을 주목하고, 여기에 매달릴 걸세. ― 본문에서
    현대 과학 기술 문명의 기초인 물리학은 끊임없이 진화해 왔다. 뉴턴 역학은 하늘에 존재하는 천체들의 운동을 이해하는 데 결정적으로 기...
    현대 과학 문명은 이 책에서 시작되었다!
    실험 물리학의 초석을 다진 불멸의 고전
    『새로운 두 과학』은 물리학에 지대한 영향을 끼쳤다.
    － 스티븐 호킹
    가장 고전적인 주제를 다루는 가장 새로운 과학의 탄생!
    온갖 멋진 결과들로 가득 차 있는 이 새로운 학문의 세계로 통하는 문이 역사상 처음으로 활짝 열렸으니, 앞으로 많은 사람들이 이것을 주목하고, 여기에 매달릴 걸세. ― 본문에서
    현대 과학 기술 문명의 기초인 물리학은 끊임없이 진화해 왔다. 뉴턴 역학은 하늘에 존재하는 천체들의 운동을 이해하는 데 결정적으로 기여했고, 아인슈타인의 상대성 이론은 시공간을 통합하여 우주의 지형도를 새로 그렸다. 이후에는 대폭발 이론, 끈 이론, 다중 우주론 등이 등장해 우주에 대한 한층 깊은 이해를 이끌었다. 거시 스케일뿐만 아니라 미시 스케일에서도 물리학은 진보해 나갔다. 현미경으로 벼룩을 관찰하며 만물의 설계자인 신을 찬양하던 시절을 지나 방사광 가속기로 DNA의 단백질 구조를 살펴보고 LHC 실험실에서 극미소 입자들을 다루는 시대가 온 것이다.
    현대 과학의 연구 범위는 이미 인간의 지각 수준을 넘어섰다. 오늘날 과학자들은 우리의 현실과는 동떨어져 보이는 환경 속에서 존재하는 그 무엇을 찾아내고 연구하기 위해 열정을 쏟는다. 하지만 불과 400년 전만 해도 과학은 눈에 보이는 것 또는 손으로 만질 수 있는 것에 의존했다. 그런 상황에서 인위적인 실험과 적절한 장치를 통해 가설을 검증하고 이론화하는 과학적 방법론의 탄생은 과학의 혁명, 더 나아가 인식의 혁명을 불러일으킨 대사건이었다.
    그 혁명의 선두에 서 있던 인물이 16세기 이탈리아의 자연 철학자 갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei, 1564~1642년)였다. 이번에 ㈜사이언스북스에서 나온 『새로운 두 과학: 고체의 강도와 낙하 법칙에 관하여(Due Nuove Scienze)』는 첫 출간(민음사, 1996년) 후 20년 만에 갈릴레오의 젊은 시절 수학 노트를 추가하고 번역과 디자인을 새롭게 하여 나온 책으로 대중들에게 물체의 운동 법칙을 소개하는 최초의 근대 역학 교과서라 할 수 있다. 1638년 가톨릭교회의 검열을 피해 네덜란드에서 출간된 이 책은 『대화』로 인해 종교 재판에서 유죄를 선고받은 갈릴레오가 자택에 연금된 채 눈이 멀어가는 와중에 완성한 근대 물리학의 고전이다.
    운동은 고대 그리스부터 내려오는 매혹적이면서도 난해한 문제였다. 하지만 갈릴레오는 과감하게 매개 도구와 실험을 통한 측정 그리고 사고 실험을 과학 연구에 도입했다. 그 결과 인간은 불완전한 감각의 한계를 넘어서 진리의 문에 한걸음 다가갈 수 있었다. 『새로운 두 과학』을 통해 독자들은 갈릴레오와 함께 새로운 과학이 탄생하는 순간을 공유할 수 있을 것이다.
    『대화』가 천동설의 종지부를 찍는 마지막 결정타였듯이, 『새로운 두 과학』은 아리스토텔레스의 물리학에 종지부를 찍고, 실험 과학이라는 새로운 세계를 활짝 열어젖혔다. ―「옮긴이의 글」에서
    아리스토텔레스의 물리학이 무너지다!
    과학을 연구하는 사람으로서, 자네가 요구하는 것은 매우 당연한 것일세. 생각해 보면, 광학, 천문학, 역학, 음악, 또는 다른 종류의 과학에 수학적 증명을 적용할 때는, 먼저 엄밀한 실험을 통해서 근본이 되는 법칙들을 엄선한 다음, 그것을 기초로 전체 구조를 만드는 것이 보통 하는 과정이고, 또 마땅히 그래야 하니까. ― 본문에서
    『새로운 두 과학』은 『대화』와 같이 살비아티, 사그레도, 심플리치오라는 세 인물이 등장해 나흘간 자유롭게 토론하는 형식으로 구성되어 있다. 살비아티는 갈릴레오의 운동 이론을 소개하고, 심플리치오는 당시 학계 정설이었던 아리스토텔레스의 물리학을 대변하며, 사그레도는 교양 있는 일반 시민을 상징한다. 그리고 갈릴레오는 ‘동료 학자’로 등장한다. 이 책은 세 사람은 나흘간 물체의 응집력, 강도와 부피와 길이의 관계, 물체의 등속도 운동, 가속도 운동, 포물선 운동에 대해 ‘동료 학자’가 쓴 책을 같이 읽으며 자유롭게 토론한다.
    「첫째 날 토론」은 물체의 응집력의 근원이 무엇인가라는 문제에서 출발한다. 살비아티는 물체의 응집력의 근원으로 진공을 지목한다. 하지만 단순히 진공의 존재만으로 고체의 응집력을 완벽히 설명하지 못한다. 이에 갈릴레오는 ‘무한’이라는 개념을 들고 나온다. 진공 하나하나가 당기는 힘은 작지만, 아주 작은 진공들이 고체를 구성하는 미세한 입자들 사이에 무한히 많다면 강한 응집력을 발휘할 수 있다는 것이다. 데모크리토스의 원자론에서 게오르크 칸토어의 무한수를 넘나드는 갈릴레오의 놀라운 통찰력을 볼 수 있는 대목이다.
    당시 아리스토텔레스의 물리학은 진공의 존재 자체를 부정했다. 아리스토텔레스는 물체의 운동에 대해서 두 원칙을 제시했다. 하나는 같은 매질에서 다른 두 물체가 움직이는 속력은 각각의 무게에 비례한다는 것이고, 다른 하나는 다른 매질에서 같은 물체가 움직이는 속력은 매질의 밀도에 비례한다는 것이다. 이에 따르면 진공에는 밀도 자체가 존재하지 않으므로 진공 속에서 물체는 순식간에 지나가야 한다. 하지만 현실에서 이런 일은 일어나지 않는다. 따라서 진공은 존재하지 않는다는 것이 아리스토텔레스의 주장이었다.
    살비아티는 이를 논리적으로 반박하기 위해 사고 실험 하나를 제시한다.
    예를 들어 큰 돌이 움직이는 속력이 8이라 하고, 작은 돌이 움직이는 속력이 4라고 하세. 이 둘을 묶으면 전체의 속력이 8보다 느리게 되겠지. 하지만 두 돌을 합쳤으니, 속력 8로 움직이던 돌보다 더 무거운 돌이 되었잖아? 그러니까 무거운 것이 가벼운 것보다 더 느리게 움직이는군. 자네 의견과 모순이잖아? 그러니까 큰 물체든 작은 물체든, 그들이 비중(표준 물질에 대한 어떤 물질의 밀도의 비 - 옮긴이)이 같다면, 같은 속력으로 움직인다. ― 본문에서
    아리스토텔레스의 주장이 거짓임을 확인한 후 살비아티는 공기 저항이 없다면 같은 매질에서 무게가 다른 두 물체의 운동 속력은 같을 것이라고 결론을 내린다.
    「둘째 날 토론」은 물체의 응집력, 즉 강도가 물체의 길이와 두께에 따라 어떻게 달라지는가 하는 문제를 다룬다. 살비아티는 지렛대의 원리에서 시작해 기둥의 길이 방향, 두께 방향, 폭 방향 각각에 추를 달아 버티는 힘이 어느 정도이며 그 비율은 얼마인지 살펴보고, 기둥의 길이와 굵기 변화에 따른 강도 변화가 어떤 수학적 법칙을 따르는지 도출하며, 물체 자신이 스스로의 무게를 버틸 수 있는 한계 크기를 구한다. 이를 통해 자연물이든 인공물이든 구조를 유지한 채 크기만 무한정 늘리거나 줄일 수 없다는 결론이 나온다.
    이것을 보여 주기 위해서, 여기 조그마한 뼈 하나와, 그 길이를 세 배로 늘였을 때 작은 뼈가 작은 동물의 몸에서 하는 역할을 큰 동물의 몸에서 할 수 있도록, 굵기를 늘인 큰 뼈를 그렸네. 이 그림을 보면, 큰 뼈는 길이와 굵기의 비율이 비정상적으로 되었음을 알 수 있어. ― 본문에서
    실험과 수학으로 증명한 물체의 운동 법칙
    「셋째 날 토론」과 「넷째 날 토론」은 물체의 운동에 관한 이야기다. 아리스토텔레스는 물체의 정지 상태가 자연 상태이고 물체의 운동은 외부에서 어떤 힘이 작용하기 때문에 일어나는 현상이라고 보았다. 따라서 아리스토텔레스 물리학에서는 물체가 ‘왜’ 움직이는가 하는 것이 핵심 문제였다. 높은 곳에서 돌을 손에서 놓으면 돌이 땅에 떨어지는데 그 이유는 우주의 중심, 즉 지구로 돌아가려는 물체의 속성 때문이라는 식이었다. 하지만 갈릴레오는 운동의 원인이 아니라 운동의 양상에 주목했다.
    「셋

    추천글

    갈릴레오는 근대 물리학의 아버지, 근대 과학의 아버지라 할 수 있다. ― 알베르트 아인슈타인(이론 물리학자)

    갈릴레오의 실험 관찰은 명확하고 정확했다. 옛 형이상학은 별다른 진보를 하지 못했지만, 갈릴레오의 연구는 번성하여 이후에 멋진 열매까지 맺었다. ― 프랭크 윌첵(2004년 노벨 물리학상 수상자)

    운동과 중력에 관한 실험을 바탕으로 갈릴레오는 요하네스 케플러와 르네 데카르트, 그리고 뉴턴이 발전시키게 될 고전 역학 법칙의 기초를 닦았다. 오늘날의 과학자들은 물리적 실험이나 사고 실험을 설계하고, 해석하고, 그 한계를 이해하는 갈릴레오의 전통을 이어가고 있다. ― 리사 랜들(이론 물리학자)

    현대 과학의 전환을 나타내는 개념과 절차의 주요한 변화를 그처럼 간결하고 정확하게 포착하지는 못할 것이다. ― 스티븐 제이 굴드(진화 생물학자)

    갈릴레오가 17세기 초 중력 가속도 실험을 하기 전까지 누구도 아리스토텔레스의 낙하하는 공에 대해서 의문을 제기하지 않았다는 것은 정말 놀라운 일이다. 그 누구도 보여 달라고 하지 않았다니! ― 닐 더그래스 타이슨(천문학자)

    『새로운 두 과학』은 가장 고전적인 주제를 다루는 가장 새로운 과학을 창시한, 갈릴레오의 기념비적인 걸작이다. ― 버나드 코언(역사학자)

    우리에게 운동에 대한 과학을 선사하기 위해서, 신과 자연은 손을 잡고 갈릴레오와 같은 지성을 창조했다. ― 파올로 사르피(이탈리아 역사학자이자 자연 철학자, 갈릴레오의 친구)

    갈릴레오는 자연 철학, 즉 운동의 본성에 대한 지식의 문을 열어젖힌 최초의 인물이다. ― 토머스 홉스(정치 철학자)

    저자 소개

    갈릴레오 갈릴레이
    • 구분 : 저서
    • 국적 : 이탈리아
    • 분류 : 과학/공학 저자 , 기타
    • 인기지수 : 31
    최근저서

    1564년 이탈리아의 항구도시 피사에서 태어났다. 음악가였던 아버지는 갈릴레오가 의사가 되기를 원했으나 수학에 더 흥미를 가진 갈릴레오는 1581년 피사대학에 입학한 후 의학 공부를 중단하고 수학 공부에 매진하기 시작했다. 1583년에는 진자의 등시성을 발견하여 맥박계에 응용하였으며 1585년에 피사대학을 중퇴한 뒤, 피렌체에서 수학 연구를 계속했다. 1589년에 피사대학의 수학 강사가 되었으며 후에 베네치아공화국(북이탈리아)의 파도바대학교 교수로 재직했다. 그동안 축성술, 기계공작기술상의 여러 문제를 연구하다가 동력학의 연구로 진출했는데 이때 그 유명한 관성의 법칙을 발견하기에 이른다.

    1609년에는 네덜란드에서 발명된 망원경을 개량했다. 그 배율을 높여 천체 관측에 처음으로 사용했다. 이 관측으로 달의 표면에 산과 계곡이 있다는 것, 금성이 달처럼 차고 이지러진다는 것, 태양에 흑점이 있어 태양면에서 운동하고 있다는 것, 희미한 은하수가 실은 많은 별들의 집단이라는 것, 목성 주의에 네 개의 위성이 돌고 있다는 것을 발견했다. 특히 목성의 위성은 코페르니쿠스의 지동설을 증명하는 것이었다. 갈릴레오는 자신이 발견한 사실을 그의 친구였던 독일 천문학자 케플러에게 써 보냈다.

    1610년에는 피렌체 공국 코시모 2세의 초청을 받아 궁정 소속의 수학자가 되었다. 이 무렵 그의 지동설이 큰 파문을 일으켰다. 그 결과 1616년에 교황청으로부터 정식으로 이 학설이 금지되어 갈릴레오의 활동이 중지되었다. 그 후 갈릴레오는 자신에게 호의를 보이고 있던 오르바누스 8세가 교황에 즉위하게 되자 다시 새 학설을 담은 책을 낼 것을 결심하고, 출판의 허가를 얻기 위해 직접 로마에 갔다. 그는 교황청 도서 검열계로부터 코페르니쿠스의 지동설을 가설로서만 서술한다면 출판해도 좋다는 허가를 받았다. 이렇게 하여 수년 동안 집필한 것을 『프톨레마이오스와 코페르니쿠스의 두 세계관에 관한 대화』라는 제목으로 1632년에 출판했다. 그런데 이 저서에는 표면상 천동설을 지지하면서도 실질적으로는 지동설을 주장하고 있다. 결국 종교재판에 회부되어 천동설이 옳다는 자백을 했지만 ‘그래도 지구는 돈다’라는 유명한 말을 남겼다. 이 재판을 받았을 때 그는 이미 70세였다. 그는 종신 금고형을 선고 받고 나머지 생애는 엄중한 감시 하에 피렌체 교외의 자택에서 고독한 여생을 보냈다. 이 근신 중에 갈릴레오는 『두 개의 신과학에 관한 수학적 논증과 증명』을 써서 출판이 자유로웠던 네덜란드에서 1638년 출간했다. 그러나 그해 갈릴레오는 장기간의 무리한 망원경 관측이 원인이 되어 실명을 한다. 쓸쓸한 말년을 보내다가 ‘진공의 연구’로 유명한 제자 토리 첼리가 지켜보는 가운데 1642년 세상을 떠났다. 이해에 뉴턴이 태어났다. 갈릴레오가 죽은 후 교황청에서는 공식적으로 장례를 지내는 것도 묘비를 세우는 것도 금지했다.

    1992년 10월 31일 로마교황청은 10여년 동안 특별재심과학위원회에서 1633년 6월 22일 종교재판에 대해 다시 검토한 결과 과오를 인정하고 공식적으로 갈릴레오의 완전 복권을 선언했다.

    역자 소개

    이무현
    • 국적 : 대한민국
    • 분류 : 과학/공학 저자 , 대학교재 저자 , 기타
    • 인기지수 : 102
    최근저서

    서울대학교 자연대 수학과를 졸업하고 퍼듀대학교 대학원에서 수학과 박사학위를 받았다. 번역서로 뉴턴의 《프린키피아》를 비롯해, 유클리드의 《기하학 원론》, 갈릴레오 갈릴레이의 《대화》《새로운 두 과학》 등이 있다. 《위대한 과학자들의 위대한 실수》를 집필하기도 했다.


     

    목차

    목차
    옮긴이의 글: 갈릴레오, 근대 역학의 창시자 5
    존경하는 귀족 노아유 백작께 17
    인물 소개 23
    첫째 날 토론 29
    둘째 날 토론 157
    셋째 날 토론 207
    넷째 날 토론 321
    부록 385
    찾아보기 417

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