과학적 사고의 힘을 키워주는 법

[2019 우수과학도서] 인물과 실험으로 보는 스토리 물리학

인물과 실험으로 보는 스토리 물리학 ⓒ 글라이더

이 책은 과학적 사고에 대한 자연스러운 동기부여를 통해 독자가 스스로 사고하는 세계로 들어가도록 유도하며, 고전물리학의 발전 과정과 신기한 실험들을 살펴보고 지식과 지식을 연결하기 위해  논리를 전개하는 과학자들의 사고방식을 따라간다. 이제껏 영미권이나 일본 외서에 치중되었던 번역서에서 탈피해 물리학의 태동부터 시작해 생생하고 고급진 실험으로 학생들이 과학적 태도로 생각하는 힘을 키우도록 만들었다.

1부에서는 인류가 세계와 우주를 어떻게 바라보게 되었는지 이야기로 풀어간다. 고전물리학의 발전 과정에서 중요한 역할을 한 굵직굵직한 생각들을 중심으로 개념의 역사적 발전을 만난다. 1부에서 만나는 사고 과정은 2부에서 다룰 실험들을 이해할 때 필요한 통합적 사고를 위한 발판을 제공한다. 또 2부에서는 언뜻 이해하기 힘들어 보이는 현상을 과학적 사고를 통해 풀어간다. 1부에서 강조한 과학적 사고가 때로는 명시적으로 때로는 암시적으로 반복된다. 실험 주제는 역학과 전자기학 부분은 최소화하고 응집물질물리학 관련 실험을 중점으로 하였다. 실험들은 물질-빛-에너지를 아우르는 것들로 종합적이고 흥미로운 설명을 많이 제공한다.

“그들은 어떻게 과학적 사고를 발전시켰는가?”

지금은 10대 후반이 되면 과학적 지식과 사고 방법에 대해서 누구나 교육받는 시대이고 좋든 싫든 그만큼 과학은 일상적으로 접하는 것이 되었다. 하지만 과학적 사고방식은 인류의 태동 때부터 존재했었던 것이 전혀 아니다. 과학은 인류가 개척하고 발명해낸 하나의 세계이고 오랜 시간에 걸쳐 구축된 계속 다듬어져 가는 체계이다. 이 책은 아리스토텔레스, 뉴턴, 맥스웰을 중심으로 고전물리학의 발전 과정을 집중적으로 되짚어보고 과학적 사고의 원형에 접근하고자 한다. 본문에서 다루는 실험을 이해하는 과정 중에 등장하는 여러 가지 배경 이야기들은 이런 과학적 방법의 발전 과정을 좀 더 입체적으로 느낄 수 있게 돕는다.

“파편화된 과학이 연결된 이야기로.”

물이 비커 사이에 걸쳐서 다리를 만들고, 평범하게 굳힌 유리가 총알을 맞고도 깨지지 않고, 마트에서 구한 사탕이 쪼개지면서 빛을 낸다. 이 책에서 다루는 실험들은 대단치 않은 겉모습에 비해서 극적인 효과를 주는 것들이다. 하지만 이 현상들의 핵심을 이해하는데 첨단의 이론이 필요하지는 않다. 단편적으로 알고 있던 이미 배운 과학 지식들을 유기적으로 꿰어낼 수만 있으면 된다. 우리는 각각의 실험에서 이런 개념들의 유기적 연결과 그런 연결을 가능하게 하는 과학적 사고를 만난다. 세심한 독자라면 책 전반에 걸친 과학적 사고의 연결망을 발견할 수도 있을 것이다.

이 책은 곳곳에 물리학적 관점의 발전사가 등장하여 물리학의 배경에 대한 독자들의 이해를 돕는다. 특히 1부에서는 아리스토텔레스, 뉴턴, 맥스웰을 차례로 만나면서 자연에 대한 과학적 사고의 변천 과정을 집중적으로 살펴본다.

아리스토텔레스와의 대화에서는 원소설과 우주론을 중심으로 고대 그리스의 자연관을 탐색한다. 자연철학의 원형이라고 할 수 있는 아리스토텔레스 철학의 사고 틀과 세계에 대한 통합된 체계를 만드는 시도의 원조를 우리는 만나게 된다. 뉴턴과의 대화에서는 만유인력과 광학에 대한 뉴턴의 연구를 살펴보고, 아리스토텔레스의 자연관이 뉴턴의 기계론적 역학을 따르는 우주관으로 정립되는 전환을 확인한다.

맥스웰과의 대화에서는 전자기학과 기체 운동에 관한 맥스웰의 연구를 통해 역학적 세계관의 장이론(field theory)적 확장과 확률론적 역학관의 등장을 만난다. 뉴턴과 맥스웰을 통해 고전물리학의 정립과정을 전반적으로 살펴보면서 관찰과 실험으로부터 수집한 정보를 활용하여 과학적 지식을 생산하는 이성의 사용법을 재확인한다.

2부에서는 1부에서 드러내고자 했던 과학적 사고 과정을 현대로 옮겨와 독자 스스로 음미해 보도록 하였다. 언뜻 이해하기 힘들어 보이는 실험을 제시한 후 과학자들의 생각법을 이 실험들에 적용한다. 2부에 등장하는 실험들은 물질-빛-에너지를 아우를 수 있는 현상들로, 종합적이고 흥미로운 설명을 제공할 수 있는 것들로 주로 선정하였다. 이 실험들을 이해하는 과정 중에 1부에서 만났던 과학적 안목을 반복해서 만나게 된다. 과학적 사고를 통해 배경지식들이 맞물려서 최종적으로 현상이 이해되는 경험을 독자들이 누리도록 안내한다.

과학은 인류가 개척하고 발명해낸 하나의 세계이고 오랜 시간에 걸쳐 구축된 계속 다듬어져 가는 체계이다. ⓒ게티이미지

교과서에 갇힌 과학을 유기적으로 풀어낸 책!

교과서에서 배우는 과학은 학습의 편의성을 위해서 파편화되어 다루어진다. 하지만 이렇게 실제적인 현상과 괴리되어 배운 박제된 과학은 과학적 사고방식을 낳지 못하고 쪼개어진 지엽적인 지식들로 끝나버린다. 이 책은 대중에게 잘 알려지지 않은 신기한 실험이나 현상을 소개하여 과학에 대한 흥미를 우선 다시 일깨운다. 그 후 과학적 사고에 대한 거시적인 안목을 체험할 수 있도록 이 현상을 풀어간다.

가령 본문에서 다루는 ‘물이 만든 다리’ 실험은 처음에는 신기하고 원리를 이해할 수 없을 것처럼 보이지만, 알고 보면 고등학교 과학 시간에 배우는 개념들로 충분히 해석해낼 수 있음을 알게 된다. 나아가 부도체, 유전체, 유전분극, 물의 극성, 표면 장력 등의 따로 놀던 개념들이 전체적으로 엮이면서 비로소 현상이 이해되는 경험을 할 수 있다.

이 책은 과학적 사고에 대한 자연스러운 동기부여를 통해 독자가 스스로 사고하는 세계로 들어가도록 유도한다. 지식과 지식을 연결하기 위해 하나하나 따져 가며 논리를 전개했던 과학자들의 사고방식을 따라가다 보면 과학을 하는 맛을 알게 되고, 과학을 바라보는 눈을 키울 수 있을 것이다.

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