쉬운 물리

개요

이 책은 물리학을 배워본 적이 없는 사람도 이해할 수 있는 쉬운 물리 책이길 바라면서 쓴다. 수식을 쓰지 않고 물리책을 쓰는 것은 불가능하지만, 엄밀한 정의를 최대한 건너 뛰고 개념적으로 설명하는 것이 가능하다는 것이 이 책의 철학이다. 얼마나 주저리주저리 늘어지는 책이 될까는 걱정이 되지만 최대한 쉬운 이해가 어떤 것인가 고민해보기로 하자.

물리학은 무얼 하나

같이 생각할 수 있는 문제 만들기

물리를 한다는 것은 나와 내 주변이 무엇으로 이루어져 있고 어떻게 움직이나를 생각하는 것이다. 내 주변에서 일어나는 일들의 예를 들면, 공 던지기 놀이, 텔레비전, 연못의 파도, 냉장고 같은 것들이 있다.

공 던지기 놀이를 하다 보면 어떻게 해야 공을 세게 던지나, 공이 얼마나 빨리 날아가는가 하는 궁금증이 생긴다. 물리학에서 가장 중요한 질문은 무엇을 알고 싶은가가 아닐까 한다. 물리학은 답이 있는 문제를 생각하는데, 이 때 다른 사람도 똑같은 생각을 할 수 있도록 해야 한다. 어느 정도 '공이 날아간다' 것이 무엇인지 합의가 되어야 한다.

이는 게임의 룰을 정하는 것과 같다. 가령 공 굴리기를 생각해보자. 작은 공이면 별 상관이 없지만 큰 공을 굴리는 시합에서 공의 끝이 결승선을 통과할 때 굴리기가 끝났는지, 아니면 공의 중심이 결승선 통과할 때 끝났는지를 정해야 게임을 할 수 있다.

어떻게 세상을 그릴까

중학교의 물상 책을 펼치면, 맨 앞페이지부터 나오는 수많은 용어에 질려서 물리학의 세계에 진입하기 힘들다. 속력, 속도, 변위, 위치... 일상 생활에서 접하는 말도 있지만 일본식 한자어를 그대로 들여와서 처음 봤을 때 전혀 감이 안 오는 단어도 있고.

일단은 이런 것을 건너 뛰고 무얼 이야기하고자 하는가를 생각하는 게 낫다.

물리학의 역사 속에는 뛰어난 몇몇 사람도 있지만 다른 분야와 같이 인류가 지혜를 모아 발전시켜왔다. 그것을 감안하고 대강 이야기하자면(과학사적인 정리는 뒤에 하겠다), 갈릴레이가 물체의 운동을 이야기 할 때 얼마나 빨리 떨어지는가를 이야기하는 것이 중요하다는 것 알았다.

일상 생활의 물리학(고전 물리학)

고전 물리학은 물체의 움직임으로 모든 것을 설명하려는 노력이다. 따라서 다음과 같은 순서로 생각을 정리하는 것이 좋겠다.

1. 물체의 위치를 기술하는 방법
2. 힘
3. 뉴턴의 생각

힘

갈릴레이의 중요한 발견은 다음과 같다. 일정한 속도로 움직이는 것이 자연스러운 것이다.

다른 말로 일정한 속도로 움직이지 않는 것은 무언가 자연스러운 운동을 바꾸는 것이다.

뉴턴

뉴턴은 운동 법칙

뉴턴의 운동 법칙은, 앞서 이루어진 관찰을 실제 값으로 연관지을 수 있도록 한 것이다.

힘 = 질량 x 가속도

특이한 물리학(현대 물리학)

현대에 들어서며 고전역학으로 해결 못할 문제가 생겼다. 그래서 그런 점을 보완하며 만들어진 게 상대성이론과 양자역학이다. 상대성이론은 시간과 공간을 포함해 속도, 질량, 크기 등은 관측자의 상태에 따라서 달라진다는 게 상대성이론이라면 양자역학은 매우 작은 입자는 예측하기가 무척 힘들며 입자는 관측하는 형태에 따라 성질까지 달라진다는, 기존의 상식과는 완전히 다른 게 현대물리학이다.