전국 과학교사모임 추천\t\t
일대일 친절한 과학 수업\t\t
이공계 진학 예정자 필독서\t\t
노벨상 수상자의 오리지널 논문 영문본 수록

과학을 처음 공부할 때 이런 책이 있었다면 얼마나 좋았을까?

이제는 우주개발도 민간이 주도하는 시대가 되었다. 실례로 미국의 기업 스페이스X는 세계 최초의 상용 우주선 발사, 민간 우주 비행사의 국제 우주 정거장 도킹 등 혁신적인 업적을 달성했다. 이러한 시대적 흐름에 발맞추어 우리나라도 최근 누리호 제작, 발사 운용 기술의 선진화로 우주산업 육성에 적극적으로 뛰어들고 있다.
왜 인류는 우주에 가고 싶어 하고, 정복하고 싶어 하는 걸까? 알고 싶어 하는 호기심, 개척하고자 하는 탐험가 정신일 것이다. 문명의 발달은 과학과 수학의 발달로 이루어졌다고 해도 과언이 아니다. 이 책은 어려운 과학이 아닌 우리가 일상생활에서 접할 수 있는 현상이 어떻게 이론으로 증명되었는지 물리학 발전을 알기 쉽게 풀어 놓았다. 특히 위대한 과학자들의 오리지널 논문을 직접 눈으로 보며 일대일로 배우는 듯한 생동감은 과학을 더욱 친숙하고 재미있게 배울 수 있게 해 줄 것이다.

이론과 실험을 일체시키기 위한 보어의 용기 있는 가설 속으로

하나의 과학이론이 탄생하기까지 많은 과학자의 이론과 실험이 존재한다. 과정에서 이론과 실험이 만족하지 못하여 재연구 ？ 실험이 병행되기도 한다. 현대적 원자모형의 창시자로 널리 알려진 닐스 보어는 나가오카 모형, 톰슨 모형, 러더퍼드 모형을 연구하면서 가열된 원자에서 방출되는 선스펙트럼에 대한 공식을 만족하지 않음을 알고, 실제 실험 결과와 일치하는 완벽한 원자모형을 만들기 위해 노력했다. 그는 기존의 이론을 의심하고 그 의심을 여러 가정으로 바꾸어 연구에 집중했다. 그 결과 보어가 만든 원자모형은 고전역학에 의존한 모형에서 완전히 벗어나 원자모형이 가지고 있던 문제점까지 완벽하게 해결하는 성과를 거두었다.
보어의 이와 같은 노력 덕분에 눈에 보이지 원자의 내부 구조를 밝힐 수 있게 되었고, 후대의 물리학자들에게까지 영향을 끼쳐 양자역학으로 발전하게 된다. 양자역학의 시대를 연 보어의 원자모형에 대한 세 편의 논문(톰슨(1904년), 러더퍼드(1911년), 보어(1913년)을 살펴보며 보어의 원자모형이 탄생하기까지 배경을 흥미진진하게 살펴볼 수 있다.

고대의 기본원소 이론부터 돌턴의 원자설까지

고대의 화학자들은 물, 불, 공기, 흙이 4가지 기본원소라고 생각했으며 이 기본원소가 합쳐지거나 분리되어 물질이 만들어지거나 변형된다고 믿었다. 어떤 음식의 맛의 유무도 음식을 이루는 원자의 크기와 모양에 의해 결정된다고 생각했던 것이다. 이후 최초의 화학자라고 일컫는 연금술사들의 금 만들기까지 이어져 원소는 철학적이고 종교적인 요소가 결합된 난해한 이론이 되었다. 이후 화학자들이 연금술에 빠져 있는 동안 화학 이론은 발전하지 못했다. 그러나 본격적으로 다시 원자에 대해 주장을 편 사람은 돌턴이었다. 돌턴의 원자설은 원자마다 그 크기와 질량이 다르기 때문에 용해도도 다르다고 주장했다. 돌턴의 원자설은 20세기 물리학자들에 의해 그 모습이 밝혀졌다.

시리즈로 만나보는 과학의 즐거움

외국인들과 대화하다 보면 놀라게 되는 것 중에 하나는 그들은 과학을 무척 재미있게 배웠다는 사실이다. 그래서인지 국민의 평균 과학 지식도 상당히 높은 편이고 실제로 노벨과학상도 많이 배출되었다. 그러나 우리나라의 상황을 보면 아직까지 그 문턱은 꽤 높아 보이는 것도 현실인 것 같다.
이 책의 저자는 우리나라에서 노벨과학상 수상자가 배출되지 않은 것에 안타까움을 느끼며 과학이야말로 우리 생활과 밀접하게 연결되어 있기 때문에 누구나 재미있게 배울 수 있다고 말한다. 이 책은 시리즈로 기획되었다. 한 권 한 권 완성해 나가는 과정을 통해 과학에 관심을 갖고 그 수준도 높아질 수 있으리라 생각한다.

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