쓸모 있는 물리학

일상과 세상을 다시 이해하는 힘

다구치 요시히로 지음 | 오시연 옮김

그린북 2025년 12월 29일 출간 국내도서 : 2025년 10월 27일 출간

작품소개

책소개

빛은 왜 중력이 없는데도 휘어질 수 있을까? 옛 과학자들은 왜 전류의 방향을 오해했을까? 《쓸모 있는 물리학》은 우리가 살아가면서 한 번쯤 품게 되는 물리학에 관한 의문들을 쉽고 재미있게 풀어낸다. 날개가 만들어 내는 양력으로 날아가는 비행기, 주행하던 자동차가 갑자기 멈추지 못하는 이유, 인덕션 레인지에 숨겨진 교류 자기장의 원리까지, 우리가 매일 마주하는 현상 속에 숨겨진 물리 법칙과 원리를 생생하게 보여 준다.
이 책을 읽으면 각각의 물리 개념과 법칙이 정교한 퍼즐 조각처럼 맞물리면서 난해했던 물리 현상을 명쾌하게 이해할 수 있다. 또한 이 책은 우리가 그동안 잘못 알고 있던 지식을 바로잡아 지적 쾌감을 선사한다. 이를 위해 복잡한 수식과 어려운 용어는 최소화하고, 직관적인 설명과 다채로운 일러스트로 진입 장벽을 크게 낮췄다. 물리를 처음 접하는 청소년부터 학창 시절에 배운 지식을 새롭게 만나고 싶은 성인까지, 모두를 위한 매력적인 물리학 여행이 지금 시작된다!

목차

들어가며

1장 역학
1 물리학은 질량이 전부다 (질량의 정의)
2 휘어져 있지만 사실은 직선 (등속 직선 운동)
3 무기와 역학은 불가분의 관계 (포물선 운동)
4 비행기는 어떻게 날 수 있을까? (양력)
5 트럭과 승용차가 충돌하면 피해가 큰 이유 (운동량 보존 법칙)
6 운석은 왜 폭발할까? (에너지 보존 법칙)
7 생각보다 난해한 마찰의 원리 (정지 마찰력과 운동 마찰력)
8 역학과 전자기학 사이 (중력과 전기력)

2장 전자기학
1 전류의 방향을 헷갈렸다! (전하와 전류)
2 점전하 사이의 전기력 (쿨롱 법칙)
3 브라운관에 담긴 미스터리 (전기장)
4 에디슨과 백열전구 (전류·전압·전력)
5 축전기는 어떻게 작동할까? (전기 용량)
6 우리가 잘 알지 못하는 전자기학적 힘 (로런츠 힘)
7 테슬라와 에디슨의 전류 전쟁 (직류와 교류)
8 전자기학과 열역학 사이 (전자기파)

3장 열역학
1 구름은 왜 생길까? (열역학적 관점의 구름 생성 과정)
2 심해어는 왜 깊은 수압에도 멀쩡할까? (압력)
3 옛 과학자들이 열소설을 믿었던 이유 (열역학 제1법칙)
4 맥스웰의 악마는 실존하지 않는다 (열역학 제2법칙)
5 아직 모터에 질 수 없다! (열기관)
6 에어컨은 어떻게 찬 바람을 내보낼까? (냉각기)
7 열은 파동이었다 (열전도)

4장 파동
1 사람은 왜 소리를 볼 수 없을까? (빛의 직진성)


2 우주와 야구의 의외의 접점 (도플러 효과)
3 알고리즘 체조로 배우는 굴절의 신비 (파동의 굴절)
4 뉴턴 링에서 양자역학까지 (입자설과 파동설)

5장 원자와 분자
1 정말 부조리한 불확정성 원리 (플랑크 상수)
2 이 세상의 모든 물질은 파동이다! (드브로이파)

책 속으로

이 책은 학창 시절에 물리를 공부하다 좌절했거나 이제라도 도전해 보고 싶은 사람들을 대상으로 하며, 물리 개념을 당연한 법칙처럼 제시하지 않는다. _첫 문장

질량이라는 개념은 우리가 체감할 수 있는 ‘무게’로 정의되지 않는다. 오히려 우리가 이해하기 어려운 ‘가속도’라는 개념을 먼저 고려해야 한다. “가속은 평소에도 잘 느낄 수 있어요”라고 반박할 수도 있지만 우리가 실제로 느끼는 것은 가속도가 아니라 ‘가속력’, 즉 가속도로 인해 발생하는 힘이다. _1장 역학(16쪽)

이렇게 미세한 만유인력이 우리에게 크게 느껴지는 이유는 지구의 거대한 질량 때문이다. 지구의 질량은 양성자의 약 4,000억 배의 1억 배의 1억 배의 1억 배의 1억 배나 된다. 양성자와 전자 사이의 만유인력과 전기력의 비율이 작은 것을 보충하고도 남을 만큼의 거대한 질량이다. 즉 힘의 크기만 보면 전기력이 훨씬 크지만 일상생활에서는 지구의 압도적인 질량으로 인해 중력이 지배적으로 작용한다. _1장 역학(97쪽)

극단적으로 말하자면 역제곱 법칙이 아니었다면 브라운관은 존재하지 못했을 수 있다. 또한 브라운관이 작동하려면 내부가 진공 상태여야 하는데, 이는 공기 중에서는 전자가 빠르게 이동할 때 공기 분자와 충돌하여 멈추기 때문이다. 반대로 말하면 이것이 공기 중에서 호흡하며 살아갈 수밖에 없는 우리가 전기장으로 인해 전하를 띤 물체가 휘어지는 현상을 거의 볼 수 없는 이유이기도 하다. _2장 전자기학(131쪽)

온도가 유한한 모든 것은 전자기파를 방출한다는 사실이 낯설 수 있지만, 이것이 바로 밤하늘의 별들이 서로 다른 색을 띠는 이유다. 태양은 노란빛을 띠지만 더 멀리 있는 별들이 하얗게 보이는 것은 그들의 온도가 더 높기 때문이다. 즉 이 먼 별들은 태양보다 훨씬 뜨거워서 엄청난 거리에도 불구하고 지구까지 도달할 만큼 강한 전자기파(빛)를 방출한다. 가스버너도 같은 원리로, 온도가 낮을 때는 불꽃이 붉지만 공기를 흡입하여 완전 연소하면서 온도가 높아지면 푸르스름해진다. _2장 전자기학(189쪽)

왜 수심이 깊어질수록 수압이 이렇게 커지는 것일까? 깊은 곳에서는 그 위에 있는 모든 물의 무게가 작용하기 때문이다. 이 무게에 대항할 만한 수압이 없다면 물은 움직이게 된다. 하지만 해저와 컵에 담긴 물에는 바닥이 있어서 아래로 움직일 수 없다. 결과적으로 물속에 있는 것들에는 위에 있는 엄청난 물의 무게에 대항하는 수압이 발생한다. _3장 열역학(215~216쪽)



우리가 일상에서 기체의 압축과 액화 과정을 자주 접하지 못한다는 점이 냉방 기술에 프레온 가스와 같은 특수하고 위험한 물질을 사용하게 된 이유 중 하나다. 만약 이런 현상이 흔하고 일반적인 물질로도 가능했다면 냉방 장치를 만들기 위해 굳이 프레온 가스 같은 특수한 물질을 사용할 필요가 없었을 것이다. _3장 열역학(254쪽)

음에게 50cm 너비의 틈은 빛에게는 100만 분의 2.5m 정도의 너비가 된다. 이는 놀랍도록 작은 크기로, 일반적인 세포 크기(0.02mm)의 약 10%에 불과하다. 즉 빛도 파동처럼 돌아가긴 하지만 세포 크기의 10%보다 좁은 틈이 아니면 거의 돌아가지 않는다. 이런 특성 때문에 우리는 일상생활에서 빛이 거의 직진한다고 느낀다. _4장 파동(271~272쪽)

양자역학은 열역학을 ‘올바르게’ 해석하기 위해 탄생했다고 해도 과언이 아니다. 원래 열역학은 다수의 입자가 모였을 때만 적용된다고 여겨졌다. 이런 거시적 현상을 설명하기 위해 오히려 개별 입자를 지배하는 양자역학이 발전하게 되었다. _5장 원자와 분자(305쪽)

출판사 서평

★발매 직후 일본 아마존 물리학 분야 1위
★독서 커뮤니티 화제의 과학 교양서
★물리에 약했던 당신을 위한 ‘다시 배우는 물리’


등속 직선 운동부터 플랑크 상수까지
고등학교 물리 교과서의 핵심 개념을 한 권에!

이 책은 고등학교 물리학을 크게 다섯 부분으로 나누고 흥미로운 일화와 함께 능숙하게 풀어낸다. 1장 ‘역학’에서는 물리학이 무게 대신 질량이라는 개념을 사용하는 이유를 시작으로 등속 직선 운동, 포물선 운동, 운동량 보존 법칙 등을 설명한다. 공간이 휘어져 있으면 빛도 휘어져 진행한다는 원리에 따라 신기루 현상을 물리학적으로 살펴보고, 에너지 보존 법칙에 대해서는 약 6,600만 년 전 유카탄반도에 떨어진 거대 운석이 어떻게 공룡을 멸종시켰는지를 설명한다. 특히 최신 물리학에서도 완전히 규명되지 않은 마찰력이 물리 교과서에 자주 등장하는 이유를 다양한 관점에서 조명한다.
2장 ‘전자기학’은 전하와 전류, 전기장, 쿨롱 법칙, 전자기파 등 전기와 자기의 질서를 탐구한다. 전자기학은 우리가 직접 보거나 듣거나 느낄 수 없어 접근하기 어려운 물리학 분야로 알려져 있다. 이 장에서는 쿨롱 법칙을 재미있는 비화와 함께 소개하며 독자의 호기심을 자극한다. 또한 에디슨과 테슬라의 ‘전류 전쟁’을 통해 두 과학자의 경쟁을 넘어 직류와 교류, 전력에 관한 지식을 알차게 전한다. 3장 ‘열역학’은 전자기학과 달리 체감할 수 있지만 실체가 없어 이해하기 어려운 ‘열’이라는 개념을 다룬다. 먼저 열역학적 관점으로 구름이 생성되는 조건과 기체의 압력 원리를 들여다본다. 이어서 열역학 제2법칙을 자세히 설명하며 열이 왜 저온에서 고온으로 이동할 수 없는지, 그리고 이 법칙이 물리학의 근본적인 문제와 관련된 핵심 원리인 이유를 구체적으로 짚어 낸다.
4장 ‘파동’은 “사람은 왜 소리를 볼 수 없을까?”라는 호기심으로 문을 연다. 이 장에서는 빛의 직진성과 함께 음과 빛의 파장 차이가 회절에 미치는 영향을 설명한다. 또한 허블이 우주 팽창을 발견할 때 이용한 도플러 효과가 일상생활에서 다양하게 쓰이는 사례를 소개하며 친숙하게 다가간다. 마지막 5장 ‘원자와 분자’에서는 핵심 개념을 중심으로 양자역학의 문턱을 낮춘다. 불확정성 원리를 소개하며 플랑크 상수의 독특한 발견 과정을 들려주고, 특정 속도로 날아가는 야구공도 파동성을 가진다고 보는 드브로이파를 소개하면서 이 개념이 왜 이해하기 어려운지 친절하게 덧붙인다. 이처럼 페이지를 넘길수록 복잡한 물리 개념들이 한층 더 친근하게 다가온다.


물리를 포기한 사람도, 다시 배우고 싶은 사람도
두려움은 내려놓고 물리학을 차근차근 즐겨 보자!

이 책은 지루하고 딱딱한 물리 법칙을 단순히 외우게 하지 않는다. 흥미진진한 추리 소설을 읽는 것처럼 “왜 그런 물리 현상이 일어나는가?”라는 근본적인 질문을 끝까지 집요하게 따라가며 지적인 성취감을 선사한다. 레시피를 숙지하면 복잡한 요리 과정이 쉬워지듯이, 물리의 기본 원리와 법칙을 제대로 알면 세상을 읽고 해석하는 눈이 완전히 달라진다. 특히 그동안 물리학이 어렵게만 느껴져서 배우기를 포기했거나 재미있게 배우고 싶었던 사람에게는 더할 나위 없이 좋다.
이 책을 읽는 순간, 평범하고 당연하게만 여겼던 일상이 물리학의 렌즈를 통해 더욱 선명해진다. 비 온 후에 멀리서 물웅덩이처럼 보이는 신기루, 거스름돈을 정확히 거슬러 주는 자동판매기와 음식을 데워 주는 전자레인지, 습한 대기와 강렬한 태양광으로 여름에 더 자주 나타나는 적란운, 냉매로 열을 교환하여 실내 온도를 조절하는 에어컨, 파장이 길어 건축물이 있어도 회절하여 전달되는 스마트폰의 전파까지, 일상의 모든 것이 신선한 관점으로 다시 보일 것이다. 《쓸모 있는 물리학》과 함께 깊은 이해와 발견의 즐거움이 가득한 물리학 세계로 떠나 보자.

인물정보

저자(글) 다구치 요시히로

田口善弘
도쿄공업대학교에서 응용물리학을 전공하고 동 대학교 과학기술대학원에서 물리학 박사학위를 취득했다. 1996년 제12회 고단샤 과학출판상을 수상하며 학계의 주목을 받았고, 이후 기계학습을 응용한 바이오인포매틱스 연구에 몰두했다. 바이오인포매틱스 분야에서 탁월한 성과를 인정받아 스탠퍼드대학교와 엘스비어(Elsevier)사가 선정하는 ‘세계에서 가장 영향력 있는 연구자 상위 2%’에 2021년부터 2023년까지 3년 연속으로 이름을 올리기도 했다. 최근에는 다차원 데이터 분석을 위한 텐서 분해 연구에 집중하고 있으며, 주오대학 이공학부 교수로 재직 중이다.

번역 오시연

동국대학교 회계학과를 졸업했으며 일본 외국어전문학교 일한통역과를 수료했다. 번역 에이전시에서 출판기획 및 일본어 전문 번역가로 활동하고 있다. 옮긴 책으로는 《기초 물리 사전》 《당신의 뇌는 최적화를 원한다》 《인체 구조 교과서》 《뇌내혁명》 등이 있다.

감수 정광훈

물리학 박사로 국립과천과학관에서 연구관으로 재직 중이다. 부산대학교 물리학과를 졸업했고 동 대학원에서 통계물리학 석사학위와 전산단백질·생물물리학 박사학위를 취득했다. 2007년 과학기술부에 입사했으며, 현재는 국립과천과학관에서 기초과학 분야 전시 및 교육 프로그램 개발을 총괄하고 Sci-POP(과학원리 체험 콘텐츠) 100종의 개발과 무상 임대 및 교육적 활용에 힘쓰고 있으며, 해외 보급도 추진 중이다.