한 권으로 끝내는 과학

피츠버그 카네기 도서관 지음 | 곽영직 옮김

지브레인(Gbrain) 2019년 03월 13일 출간 국내도서 : 2019년 03월 04일 출간

작품소개

책소개

혁명은 언제 어디서나 일어난다. 과학과 기술의 진보 속도는 빛의 속도(30만km/s)와 비교할 수 있을 정도이다. 이렇게 빨리 변해가는 과학을 어떻게 따라가며, 일상생활에서 생기는 의문을 어디에서 해결할 수 있을까?

우리는 과학과 기술의 비약적인 발전에 의존하고 당연하게 받아들인다. 그러나 생활이 더 복잡하고 정교해질수록, 그리고 세상과 우주에 대한 전문 지식이 증가할수록 기초 과학과 기술에 대한 기본적인 이해는 오히려 줄어들고 있다. 알고 싶은 것이 많지만 답을 찾아내기가 쉽지 않다.
어떤 면에서 과학은 우리 생활-주변 환경, 집, 일터 또는 우리 몸-과 너무 밀접하게 관계되어 있어서 무엇이 과학인지를 규정짓기가 쉽지 않다. 《한 권으로 끝내는 과학》에서 다루는 질문은 순수 과학에 한정하지 않았으며, 사람들의 관심도나 연구에 들어간 시간 그리고 특수성의 측면에서 가치 있다고 생각되는 질문에 초점을 맞추려고 노력했다.
현대는 너무 빠르게 변해가고 그래서 우리는 혼란스럽다. 때문에 기초 과학에 대한 의문과 기본 이해를 원하는 사람들에게 《한 권으로 끝내는 과학》은 아주 유용할 것이다.
이해하기 쉽도록 잘 정리된 이 책은 사람의 몸에서부터 우주, 수학과 컴퓨터, 비행기, 기차, 자동차에 이르는 수백 가지 흥미로운 과학과 기술에 대한 주제들을 다루고 있다.
과학과 기술은 현대 생활의 기초가 되었다. 컴퓨터가 없는 세상을 상상해 보라. 20년 전만 하더라도 대부분의 사람들은 컴퓨터가 대기업에서나 사용하는 고도로 전문화된 장비가 될 것으로 생각했다. 그러나 오늘날에는 가정용 컴퓨터도 예전의 슈퍼컴퓨터의 계산 능력을 가지고 있다. 많은 사람들이 컴퓨터를 이용하여 웹 서핑, 쇼핑, 인사장 만들기, 디지털 사진 보기, 음악 듣기 등을 즐긴다. 뿐만 아니라 네트워크를 통해 복잡한 과학 방정식을 풀거나 가정 경제를 운영하기도 한다. 컴퓨터는 이제 삶의 일부가 되었고, 사용자들의 생활 패턴을 바꾸어 놓았다.
그리고 우리는 케네기 과학 기술부가 공들여 뽑은 이 과학 백과사전을 통해 학문으로써의 과학뿐만 아니라 우리가 일상생활 속에서 궁금해하던 과학도 만나보게 될 것이다.

목차

머리말 10
감사의 글 13

물리학 및 화학 15
에너지, 운동, 힘, 열 15
빛, 소리 그리고 다른 파동 23
물질 29
화학 원소 36
측정, 방법론 50

우주 57
우주론 57
별 61
행성과 위성 75
혜성과 운석 89
관측과 측정 94
우주 탐사 99

지구 113
대기 113
물리적 특징 116
물 119
육지 129
화산과 지진 141
관측과 측정 149

기후와 기상 155
온도 155
대기 현상 159
바람 165
강수 175
일기예보 181

광물과 기타 물질 185
암석과 광물 185
금속 197
자연 자원 203
사람이 만든 물질 211

에너지 228
비핵연료 228
원자력 발전 239
측정 244
소비와 보존 248

환경 256
생태계, 자원 256
멸종 위기의 동식물 268
환경오염 278
재활용, 보존 그리고 낭비 290

생물학 298
세포 298
진화와 유전학 303
생명 활동의 과정과 구조 319
분류와 측정 321
곰팡이, 세균, 조류 326

식물의 세계 330
물리적 특징과 기능 330
나무와 관목 332
꽃과 다른 식물들 338
정원, 농경 349

동물의 세계 366
물리적 특징 366
곤충, 거미 374
수중 생물 385
파충류와 양서류 392
새 394
포유류 403
반려동물 416

인간의 몸 427
기능, 과정 그리고 특징 427
뼈, 근육, 신경 442
기관과 내분비선 447
체액 453
피부, 머리카락, 손톱 461
감각과 감각기관 465

건강과 의학 473
건강 위험 요소 473
응급처치, 중독 483
질병 및 그 외의 건강 문제 491
건강관리 513
진단 장비, 시험 517
약물, 약품 521
수술 및 다른 비약물 치료 534

무게, 측정, 시간, 도구, 무기 541
무게와 측정 541
시간 546
도구, 기계 562
무기 571

건물, 다리, 그리고 다른 구조물 582
건물, 건물의 부분 582
도로, 교량, 터널 592
기타 구조물 598

배, 기차, 자동차, 비행기 603
배 603
기차 609
자동차 614
비행기 628
군용 차량 637

통신 642
심벌, 기록, 코드 642
라디오와 텔레비전 650
원거리 통신과 인터넷 658
컴퓨터 667

일반 과학과 기술 690
수 690
수학 698
용어와 이론 714

참고 문헌 718
이미지 저작권 726
찾아보기 727

책 속으로

만약 얼음의 밀도가 물의 밀도보다 크다면 얼음이 바닥에 가라앉아 조금만 추워도 강이나 호수 전체가 얼어붙을 것이다. 그러나 얼음이 물 위에 떠서 물의 열이 공기 중으로 빠져나가는 것을 막기 때문에 물이 바닥까지 어는 일은 좀처럼 일어나지 않는다.

우주의 나이우주의 나이는 얼마나 되었나?
허블 망원경이 최근에 수집한 자료에 의하면 우주는 80억 년밖에 안 됐다는 결론이 도출되기도 했다. 이것은 우주가 130억 년에서 200억 년 전 사이에 시작되었다던 기존의 관측 결과와는 다르다. 이전의 결과는 우주가 빅뱅 이후 같은 속도로 팽창하고 있다는 가정하에서 얻은 결과였다. 이 팽창 속도는 허블 상수허블 상수로 알려져 있다. 지구에서 은하까지의 거리를 은하가 멀어지는 속도로 나눈 것이 우주의 나이라고 생각한 것이다. 두 은하 사이의 거리를 두 은하가 멀어지는 속도로 나누면 우주의 나이를 계산할 수 있다. 그러나 은하까지의 거리 측정이나 멀어지는 속도의 측정에는 항상 오차가 있다. 게다가 우주의 팽창 속도가 일정하지 않다는 증거도 많이 발견되었다. 따라서 우주의 나이는 아직도 정확하게 정해졌다고 할 수 없다.

달에도 대기가 있는가?
달에도 대기가 있다. 그러나 달의 대기는 매우 희박해서 1cm3에 50개의 원자가 들어 있는 정도이다.

굴절망원경와 반사망원경의 다른 점은 무엇인가?
반사망원경은 오목거울을 이용하여 빛을 모으는 반면 굴절망원경은 렌즈를 이용하여 빛을 모은다. 반사망원경의 장점은 ⑴ 거울을 이용하여 빛을 모으기 때문에 색수차가 없다는 것과 ⑵ 크기를 작게 만들 수 있다는 것이다. 렌즈를 이용하여 빛을 모을 때 발생하는 색수차를 제거하기 위해 뉴턴은 1668년에 거울로 빛을 모으는 반사망원경을 만들었다.

바닷물에는 정말 금이 포함되어 있을까?
바닷물에는 소량의 금이 포함되어 있다. 바닷물에 있는 금을 모두 합하면 지구에 사는 모든 사람에게 4kg씩 나누어줄 수 있을 것이다.

빙하의 얼음과 보통 얼음 중 어떤 것이 더 순수한가?
눈에 포함된 불순물은 어는 동안 대부분 얼음의 바깥쪽으로 밀려나기 때문에 빙하의 얼음은 세 번 증류한 물 정도로 순수하다. 따라서 빙하의 얼음이 보통 얼음보다 훨씬 더 순수하다.

엘니뇨란 무엇인가?
엘니뇨는 태평양의 적도 부근 넓은 지역의 해수면 온도가 비정상적으로 높아지는 현상을 말한다. 크리스마스를 전후해서 나타나기 때문에 아기 예수의 이름을 따서 이렇게 부르게 되었다. 엘니뇨는 3년에서 5년마다 발생한다. 엘니뇨가 발생하면 페루, 에콰도르 그리고 캘리포니아 남부에 많은 비가 내리고 홍수가 나며, 미국의 북동부에는 눈이 적게 내리고 온화한 겨울 날씨가 계속된다. 연구에 의하면 엘니뇨는 전 세계적인 대기와 해수의 대류 패턴 변화와 관계가 있다. 1982년과 1983년에 있었던 엘니뇨는 영향을 준 영역이나 온도가 올라간 정도(8℃)에서 20세기 최대의 기후적 사건이었다.

세계는 정말로 더워지고 있는가?
지난 세기 동안 지구 표면의 온도는 100년마다 0.6℃의 비율로 올라갔다. 지난 25년 동안에는 온도의 상승 속도가 빨라져 100년마다 2℃가 높아지고 있다. 지난 세기 동안 두 번의 지속적인 온도 상승 시기가 있었다. 한 번은 1910년에 시작되어 1945년까지 계속되었고 또 한 번은 1976년에 시작되었다. 1998년은 가장 온도가 높았던 해로 평균 온도가 1880년에서 2000년까지의 평균 온도 8.5℃보다 0.75℃ 높았다. 두 번째로 온도가 높았던 해는 2001년으로 1880년에서 2000년까지의 평균 온도 8.5℃보다 0.5℃ 높았다.

진짜 다이아몬드는 어떻게 구별할 수 있을까?
기계를 사용하지 않고 다이아몬드를 감별하는 방법은 여러 가지가 있다. 표면의 광택, 표면이 얼마나 편평한가, 빛의 반사율이 얼마나 좋은가를 살펴보는 것만으로도 다이아몬드의 진위를 어느 정도 구별할 수 있다. 다이아몬드는 따뜻한 방에서는 따뜻해지고 추운 곳에서는 차가워진다. 그러므로 다이아몬드를 따뜻한 곳이나 차가운 곳에 놓아둔 다음 입술에 대어서 온도 차이를 느껴본다. 진짜 다이아몬드와 함께 이 실험을 해보면 더 확실하게 진짜 다이아몬드인지를 알아낼 수 있다. 또 다른 방법은 축축한 손으로 집어 들어 올릴 수 있다면 진짜 다이아몬드일 가능성이 크다. 다른 많은 암석들은 이 방법으로 들어 올릴 수 없다.
물을 이용하는 방법도 있다. 탁자 위에 떨어뜨린 물방울에 다이아몬드를 가까이 가져가면 물을 자화시켜 물이 흩어지지 않는다. 또한 다이아몬드 탐사봉이라고 부르는 기계를 사용하면 거의 모든 가짜를 구별해낼 수 있다. 보석 감정사들은 대개 이것을 이용하여 다이아몬드를 감정한다.

다이아몬드에서 네 개의 ‘C’는 무엇인가?
네 개의 C는 cut, color, clarity, carat의 약자이다. 컷은 다이아몬드의 비율, 마감 처리, 대칭성, 연마 정도를 나타낸다. 이 요소는 다이아몬드가 얼마나 빛나는가를 결정한다. 컬러는 다이아몬드가 얼마나 많은 색깔을 가지고 있는지를 나타낸다. 다이아몬드의 색깔은 무색, 노란색, 회색, 갈색 등이 있다. 또 진한 노란색부터 파란색, 분홍색, 붉은색까지 분포하기도 한다. 투명성은 얼마나 깨끗한지 즉 얼마나 순수한지를 나타내는 것으로 불순물의 수와 크기에 의해 결정된다. 캐럿은 다이아몬드의 무게를 나타낸다.

1톤의 종이를 생산하는 데는 얼마나 많은 나무가 필요한가?
종이를 만드는 데는 지름이 작은 통나무나 펄프재를 이용한다. 종이의 재료가 되는 목재의 양은 주로 무게나 코드(3.6246m3, 즉 128ft3의 부피를 나타내는 단위)를 이용하여 나타낸다. 종이를 만들 때는 목재의 섬유가 주로 사용되지만 그 밖에 다른 성분들도 많이 필요하다. 1톤의 종이를 생산하는 데는 약 2코드의 목재가 필요하다. 또한 목재 외에도 208,000리터의 물, 46kg의 황, 159kg의 석회, 131kg의 진흙, 1.2톤의 석탄, 112kWh의 전력, 9kg의 염료, 49kg의 전분과 다른 성분들이 있어야 한다.

사람의 맹장은 어떤 기능을 할까?
전문가들은 맹장의 기능을 여러 가지로 추정하고 있다. 첫 번째 가능성은 초식동물에서와 같이 식물의 셀룰로오스를 소화하는 데 도움을 주는 세균이 모여 있는 장소라는 것이다. 또 다른 이론은 갑상선과 맹장이 B림프구라는 항체를 생산한다고 주장한다. 그러나 B림프구는 골수에서도 생산될 수 있다. 세 번째 이론은 맹장이 감염된 세균을 인체 기능에 별다른 영향을 주지 않는 지점으로 유인해 모으는 역할을 한다고 주장한다.
최초로 수술을 통해 맹장을 제거한 사람은 1736년에 영국의 아미얀드였다.

석면에 노출되는 것은 왜 위험할까?
석면에 노출되는 것은 석면증을 일으키는 것으로 알려져 있다. 이것은 만성 제한성 폐질환으로 폐에 흡입된 미세 석면 섬유가 폐 조직에 흉터를 만들어서 발생한다. 석면은 또한 후두, 인두, 구강, 이자(췌장), 신장, 난소, 소화기암과도 관련이 있다. 미국 폐 학회에서 석면에 오래 노출되면 폐암에 걸릴 확률이 흡연자의 2배가 된다고 보고했다. 석면 노출로 인해 암에 걸리기까지는 15년에서 30년이라는 시간이 걸린다. 중피종은 드문 암으로 흉막이나 복막의 표면을 침범하는 암이며 흉강이나 복강의 넓은 표면으로 빠르게 퍼진다. 중피종은 아직 적절한 치료 방법이 없다.
석면 섬유는 1900년부터 1970년대 초까지 건축자재로 쓰였다. 이것은 벽과 파이프의 단열재, 벽과 벽난로의 내화장치, 방음재와 흡음타일, 비닐 바닥재와 이음매 마감재의 강화물질, 페인트의 질감을 내는 용도로 쓰인다. 석면은 미세 섬유가 공기에 방출되었을 때만 건강에 위험을 끼치는데, 정상적으로 닳거나 금이 가기만 해도 이런 일이 발생한다. 석면을 제거하는 과정에서는 더 많은 석면 입자들이 방출되어 위험을 배가한다. 따라서 석면의 제거는 석면을 다루는 방법을 훈련받은 전문가들이 해야 한다. 석면 입자들은 한 번 방출되면 공기 중에 20시간 이상 존재한다.

오존은 왜 사람에게 위험할까?
고도가 낮은 곳에 있는 대기 중의 오존(O3)은 대기를 오염시키는 물질이다. 오존은 자동차 배기가스와 같은 불순물이 대기 중에서 햇빛과 산소와의 화학 반응을 통해 생성된다. 오존은 고무, 플라스틱, 식물, 동물의 조직을 손상한다. 오존에 노출되면 많은 사람들에서 두통, 눈 따가움, 호흡기 자극이 일어난다. 천식이나 다른 호흡기 문제가 있는 사람들은 특히 민감하다. 정상인도 운동을 하는 중에 몇 시간 동안 적은 농도의 오존에 노출되면 가슴 통증, 기침, 재채기, 폐울혈과 같은 증상이 나타난다.

방사능에 노출된 정도를 어떻게 측정할 수 있을까?
인간이 흡수한 물질을 이온화하는 방사선의 양과 효과를 측정하기 위해 오랫동안 래드(rad)와 렘(rem)이라는 단위를 사용해왔다. 1rad는 1g의 질량이 100erg의 에너지를 흡수하는 것을 말한다. 또한 1rem은 1rad의 X선이나 감마선을 흡수했을 때와 같은 정도의 생물학적 효과를 나타내는 방사선을 흡수한 것을 의미한다. 따라서 1rem의 X선이나 감마선은 1rad와 같다. X선이나 감마선이 아닌 다른 형태의 방사선은 rad값에 방사선에 따른 일정한 상수를 곱해야 rem값을 구할 수 있다. 밀리렘(mrem, 1mrem=0.001rem)도 자주 사용되는 단위이다. 미국인이 일 년 동안에 받는 평균 방사선의 양은 약 360밀리렘이다. 그중 82%는 자연 방사선이 차지하고, 인공 방사선원에서 나오는 방사선은 18%이다. 실내 라돈이 자연 방사선의 중요한 방사선원이라는 사실은 최근에서야 알게 되었다. 자연 방사선의 55%가 라돈에서 발생한다.
국제단위체계?에서는 흡수되는 방사선의 양을 나타내기 위해 그레이(Gy)와 시버트(Sv)를 사용한다. 이 단위가 예전의 rad와 rem 대신에 널리 사용되고 있다. 기본이 되는 단위인 1Gy는 100rad와 같은 양으로 1kg의 질량이 1J의 에너지를 흡수하는 경우의 방사선 흡수량을 나타낸다. 1Sv는 1Gy의 X선이나 감마선을 흡수했을 때의 생물학적 효과와 같은 효과를 나타내는 방사선의 흡수량을 나타낸다. 1Sv는 100rem과 같다. 한편 베크렐(Bq)은 방사선원의 세기를 나타내며 생명체에 주는 영향은 고려하지 않은 것이다. 1Bq은 1초마다 한 번 방사성 붕괴를 하는 방사선의 세기를 나타낸다.

인물정보

저자(글) 피츠버그 카네기 도서관

피츠버그 카네기 도서관 과학 기술부 <br />미국 강철업계의 거장이었던 카네기Andrew Carnegie는 은퇴 후 카네기 재단을 세워 문화 및 교육 사업에 헌신했다. 그 일환 중 하나로 그는 1895년 미국 펜실베이니아 주피츠버그에 카네기 도서관을 설립했다. 카네기도서관은 미국공공도서관 중 처음으로 독립된 과학 기술부를 설치했다. 이 책은 과학 기술부 설치 100주년을 기념하여 그간 이용자들로부터 받았던 여러 가지 흥미 있는 과학, 기술 분야의 질문과 답변들을 모아 출간한 것이다.

번역 곽영직