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“세상의 작동 원리를 명쾌하게 설명해주는 가장 정확한 언어”
법칙을 아는 만큼 당신의 세상이 넓어질 것이다

- “평생 들을 기회가 없을지 모르는 방대한 범위의 지식을 한 권에 모은 책” -곽재식(공학박사)
- 상대성 원리부터 엔트로피까지, 필수 법칙 105가지 수록!

우리가 살아가는 이 세상은 끊임없는 움직임과 변화 속에 있다. 매일 해가 뜨고, 강물은 위에서 아래로 흐르고, 주기적으로 계절은 변하며, 지구 위의 모두가 중력에서 벗어날 수 없다. 자연 현상은 물론이고 나아가 사회 현상까지 나름의 규칙과 패턴이 있으며, 이러한 움직임을 포착해 꾸준히 관찰하고 수없이 많은 실험과 반증을 거쳐 반드시 그렇게 되고야 마는 결과를 정리한 것이 바로 ‘법칙, 공식, 정리’다. 그러므로 법칙은 이 세상의 변화 속에서 찾은 하나의 원리를 낭비나 모순 없이 그야말로 꼭 필요한 ‘엑기스’만 모아 추출해낸 것이라 할 수 있다. 이러한 엑기스 중에서도 꼭 필요한 것만 모아 정리한 것이 바로 이 책 『세상의 모든 법칙』이다.

책에서는 컵 속의 얼음이 전부 녹아버려도 컵의 물은 넘치지 않는 현상(‘아르키메데스의 원리’)과 같이 살면서 한 번쯤 궁금했던 일상생활 속 원리를 해석해주고, 나아가 밤하늘은 어둡기에 우주는 무한하지 않고 유한하다는 우주론(‘올베르스의 역설’)이나 은하계에 존재하는 지적 문명의 수를 구할 수 있다는 수식(‘드레이크 방정식’)을 통해 이 지구에서 가장 멀고 어두운 공간에 대해서 다시 한번 생각해보게 한다. 또 장거리 연애가 파국을 맞이하기 쉬운 이유를 과학적으로 설명하며(‘장거리 연애의 법칙) 평소 ‘눈에서 멀어지면 마음도 멀어진다’라는 말을 다시금 깨닫게 해주며, 나이를 먹을수록 시간이 빨리 흐르는 것처럼 느껴지는 것은 단순히 주관적인 느낌이 아닌 안타깝지만 받아들여야 하는 사실이라는 것까지 알려준다(‘자네의 법칙’).

세상에 변하지 않는 것은 없다. 시간의 흐름에 따라 우주에 있는 행성의 위치가 변하고, 지각 변동으로 인해 땅도 움직이며, 어떤 생물에게도 영원한 젊음은 주어지지 않는다. 이때 법칙과 공식, 정리는 세상의 모든 현상과 변화의 흐름을 가장 잘 설명해주는 언어라 할 수 있다. 어지럽고 불확실한 세상을 살아가는 우리를 위한 가장 확실한 정답, 바로 법칙이다.

“‘피타고라스의 정리’는 우리의 삶을 어떻게 바꾸었을까?”
읽다 보면 저절로 똑똑해지는 쓸모 있는 법칙 이야기
법칙과 이론은 고루한 학문이 아니라 철저히 ‘실용적인 관점’으로 보아야 한다. 우리 일상 생활의 토대가 되는 거의 모든 것들 속에 존재하고 있기 때문이다.

예를 들어 ‘피타고라스 정리’는 주변에서 가장 쉽게 만나볼 수 있는 대표적 법칙으로, 주로 내구성이 높고 안전한 건물을 지을 때나 인테리어를 설계하는 데 쓰인다. 또한 어떤 대상을 볼 때 안정감과 조화를 느끼고 아름답다고 여기는 비율은 약 ‘1대 1.618’이라는 수치로 나타나며 ‘황금비’라고 부른다. 이는 무려 시대를 초월한 보편적 기준인 것인지 고대 그리스인이 만든 밀로의 비너스상이나 파르테논 신전의 비율에서도 볼 수 있으며, 오늘날의 명함 및 각종 가구 등에도 황금비가 적용돼 있다고 한다. 그런가 하면 때로는 범죄 행위를 추적하고 분석하는 데도 활용되는데, 도청을 감지하기 위해서 하이젠베르크의 ‘불확정성 원리’가 응용된 양자 암호 기술이 쓰이고 있다. 간단히 설명하자면 제3자가 도청을 할 경우 양자 정보가 그 순간 바로 반응하여 한 점으로 수축하기 때문에 외부로부터의 간섭, 즉 도청이 있었음을 파악할 수 있다는 것이다.

그 밖에도 이 책은 텔레비전 시청률 조사 결과는 아주 적은 표본만으로도 충분히 유효한 결과를 뽑아낼 수 있다는 점이나 초고성능의 슈퍼컴퓨터가 있어도 완벽하고 정확한 기상 예보는 실질적으로 불가능하다는 사실 등 여태껏 정확히 인지하지 못한 채 주관적인 느낌으로 판단하거나 두루뭉술하게 넘어간 현상들의 원리까지도 일목요연하게 밝혀준다. 미처 알지 못했을 뿐이지 사소한 일상의 모든 테두리 안에 법칙이 있고, 우리의 생활을 안전하고 편리하며 윤택하게 만들어준 것이다.

“법칙의 이름 속에 숨겨진 놀라운 사실 한 가지”
과학이 우리에게 알려주는 삶의 가치에 대하여
‘스티글러의 명명 법칙’이란 것이 있다. 시카고대학교의 교수 스티글러가 조사한 결과, 우리에게 친숙한 법칙 중 대부분이 최초 발견자의 이름이 붙지 않은 것이라는 사실이다.

실제로 피보나치 수열은 피보나치가 최초로 발견한 것이 아니라 과거 인도나 유럽에서 이미 사용되고 있었으며, 핼리 혜성도 천문학자 핼리가 발견한 것이 아니다. 법칙의 이름은 첫 발견자보다는 그 주제를 꾸준히 탐구하여 발견의 가치를 높인 후대 과학자가 주인공이 되는 경우가 더 많다. 이를테면 행성의 운동에 관해 설명한 케플러의 법칙을 이야기할 때는 천문학자 ‘튀코 브라헤’를 빼놓을 수 없다. 망원경조차 발명되지 않은 시대에 태어난 그는 육안으로 행성의 운행을 정밀하게 관찰했고, 그 결과 행성은 태양의 주위를 돌고 있음을 확신했다. 이는 수십 년 후 케플러가 튀코의 자료를 바탕으로 ‘케플러의 법칙’이라는 결실을 보게 된다. 앞선 튀코의 연구가 없었다면 탄생하지 못했을 것이나 법칙의 이름은 케플러의 것으로 남았다.

즉, 과학 법칙의 세계에서는 어떤 이론을 찾아낸 최초 발견자보다 발견을 넘어 꾸준히 실험하고 연구한 사람을 더 주목하는 것이다. 이것이 우리가 과학 법칙을 눈여겨봐야 하는 또 하나의 이유다. 발견이라는 결과적인 가치보다 진리를 찾아가는 과정 자체에 더 방점을 두는 것, 끝없는 실험과 반증으로 잘못과 오류를 찾아내고 이를 받아들일 줄 아는 자세, 한 자리에 머무르지 않고 새로움을 받아들일 줄 아는 포용력 등을 자연스럽게 읽어낼 수 있기 때문이다. 이는 곧 과학 법칙만이 아니라 우리가 인생에서 배워야 하는 삶의 자세이기도 하다.

곽재식(공학박사)
“세상에서 일어나는 많은 사건들의 원리를 알아내고자 긴 세월 동안 여러 전문가가 고안한 방법을 한눈에 볼 수 있게 해주는 책이다. 학창 시절 배웠으나 지금은 잊어버린 지식이나 뉴스, 광고 등에서 보긴 했지만 정확히 뭔지는 모르고 지나간 용어 등을 다시 한번 알 수 있도록 기회를 주며, 나아가 평생 들을 일이 없을지도 모르는 아주 방대하고 다양한 지식을 구경할 수 있게 해준다.”

머리말
이 책을 읽기 전에_ 법칙, 정리, 공식은 왜 만들어졌을까?

Part. 1
No.001 AIDMA의 법칙 | No.002 악마의 증명 | No.003 아보가드로의 법칙 | No.004 아르키메데스의 원리 | No.005 안토니아디 척도 | No.006 앙페르의 법칙 | No.007 EPR 역설 | No.008 일반 상대성 이론 | No.009 이노베이션의 딜레마 | No.010 베버의 법칙·베버-페히너의 법칙 | No.011 운동의 법칙(운동의 제2법칙) | No.012 운동량 보존의 법칙 | No.013 에피메니데스의 역설 | No.014 에라토스테네스의 체 | No.015 장거리 연애의 법칙 | No.016 엔트로피 증가의 법칙 | No.017 엠메르트의 법칙 | No.018 오일러의 다면체 정리 | No.019 황금비 | No.020 옴의 법칙 | No.021 오컴의 면도날 | No.022 올베르스의 역설 | No.023 음속의 공식 | No.024 각운동량 보존의 법칙 | No.025 칵테일파티 효과

Part. 2
No.026 카발리에리의 정리 | No.027 갈릴레이의 상대성 원리 | No.028 관성의 법칙(운동의 제1법칙) | No.029 캐즘 이론 | No.030 캐번디시의 실험 | No.031 키르히호프의 법칙 | No.032 쿨롱의 법칙 | No.033 클라크 수 | No.034 그레셤의 법칙 | No.035 그로슈의 법칙 | No.036 게슈탈트 심리학 | No.037 케플러의 법칙 | No.038 광속 | No.039 운동의 제3법칙(작용ㆍ반작용의 법칙) | No.040 질량 보존의 법칙 | No.041 자네의 법칙 | No.042 섀넌의 정리 | No.043 샤를의 법칙 | No.044 주기율표 | No.045 죄수의 딜레마 | No.046 중력 가속도 | No.047 줄의 법칙 | No.048 슈푀러의 법칙 | No.049 스넬의 법칙 | No.050 세의 법칙 | No.051 제논의 역설 | No.052 실무율 | No.053 큰 수의 법칙 | No.054 달랑베르의 역설

Part. 3
No.055 단면적의 법칙 | No.056 힘의 평행사변형 법칙 | No.057 정비례의 법칙·배수 비례의 법칙 | No.058 패러데이의 전자기 유도 법칙 | No.059 특수 상대성 이론 | No.060 도플러 효과 | No.061 드모르간의 법칙 | No.062 부분 압력의 법칙 | No.063 드레이크 방정식 | No.064 열역학의 법칙 | No.065 파킨슨의 법칙 | No.066 하인리히의 법칙 | No.067 파스칼의 원리 | No.068 나비 효과 | No.069 허블의 법칙 | No.070 파레토의 법칙 | No.071 반사의 법칙 | No.072 만유인력의 법칙 | No.073 피터의 법칙 | No.074 피타고라스의 정리 | No.075 한붓그리기의 법칙 | No.076 패러데이의 전기 분해 법칙 | No.077 반트 호프의 법칙 | No.078 피츠의 법칙 | No.079 피보나치 수 | No.080 불확정성 원리 | No.081 쌍둥이의 역설 | No.082 훅의 법칙 | No.083 단순화의 법칙

Part. 4
No.084 플레밍의 오른손·왼손 법칙 | No.085 헵의 법칙 | No.086 페티-클라크의 법칙 | No.087 베르누이의 정리 | No.088 헨리의 법칙 | No.089 바위스 발롯의 법칙 | No.090 하위헌스의 원리 | No.091 보일-샤를의 법칙 | No.092 보일의 법칙 | No.093 보데의 법칙 | No.094 맥스웰의 악마 | No.095 매슬로의 욕구 단계설 | No.096 무어의 법칙 | No.097 머레이비언의 법칙 | No.098 멘델의 유전 법칙 | No.099 모즐리의 법칙 | No.100 라플라스의 악마 | No.101 란체스터의 법칙 | No.102 리코의 법칙 | No.103 리보의 법칙 | No.104 르 샤틀리에의 원리 | No.105 연속 방정식

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참고문헌

고대 이집트에서는 동쪽 지평선에서 별 시리우스가 태양보다 아주 약간 일찍 떠오르는 날을 기준으로 1년이 시작됐다. 이것을 ‘신출(Heliacal rising)’이라고 부르는데, 이 시기는 하지(夏至) 무렵이면서 이집트의 농지를 기름진 평야로 만들어 주는 나일강의 범람이 시작되는 때이기도 했다. 시리우스는 큰개자리의 알파성(가장 밝은 별)인 동시에 마이너스 1.5등성으로, 하늘 전체에서 가장 밝은 항성(천구에 붙박혀 있어서 별자리를 기준으로 거의 움직이지 않으며, 점 같이 보이는 천체)이다. 그런데 당시의 이집트 사람들은 시리우스가 동쪽 하늘에서 태양과 거의 비슷하게 떠오르는 시기를 어떻게 알았을까? 바로 별의 움직임을 자세히 관찰했기 때문이다. 밤하늘에 보이는 별의 방위는 계절에 따라 달라지는데, 이를 자세히 관찰하면 변화 속에서 일정한 규칙을 발견할 수 있다. 이처럼 어떤 현상을 관찰함으로써 규칙성이 발견되고, 그 규칙성이 일반성을 지님이 증명됨에 따라 ‘법칙’이 만들어졌다. P. 010~011

현재의 우주론에 따르면 우주가 약 150억 년 전의 빅뱅 이후 지속적으로 팽창하고 있음은 분명하다. 그러나 아인슈타인이 일반 상대성 이론을 발표했을 당시는 우주가 변하지 않는 공간으로 여겨지던 시절이었다. 그런데 아인슈타인의 이론에서는 우주가 팽창하고 있거나 혹은 수축하고 있거나 둘 중 하나라는 결론이 나왔다. 아인슈타인은 이것이 이상하다고 생각해, 우주가 팽창도 수축도 하지 않는 정상 우주가 되도록 우주항이라는 새로운 항을 넣은 방정식을 제시했다.
그런데 1922년에 러시아의 물리학자인 알렉산드르 프리드만이 우주가 팽창할 가능성을 지적했고, 1929년에 에드윈 허블이 우주는 팽창하고 있다는 사실을 발견했다. 이를 두고 아인슈타인은 방정식에 우주항을 넣은 것을 “생애 최대의 실수였다”라고 말하며 후회했다고 한다. P.045

애초에 생물이 이 세계에 존재하는 것은 방대한 양의 다양한 원자를 부자연스럽게 집중시킨 뒤, 그곳에서 에너지를 흡수해 소비했기 때문이다. 그러나 죽으면 다시 원자로 돌아가버리며, 이때가 엔트로피 최대의 상태이자 궁극의 평형 상태가 된다. 좀 더 쉬운 예를 들면 방은 아무리 치우고 정리해도 시간이 지남에 따라 결국 다시 어질러진다. 이것도 엔트로피 증가의 법칙에 따른 결과라 할 수 있다. P.070

피겨스케이팅을 즐기는 방법은 그 밖에도 또 있다. 회전의 메커니즘을 살펴보는 것이다. 경기를 잘 지켜보면 두 팔을 벌려서 회전할 때는 속도가 느리고, 두 팔을 오므려서 회전할 때는 속도가 빠르다는 사실을 알게 된다. 어째서일까? 직선 운동을 하고 있는 물체가 운동량을 가지듯이, 중심축의 주위를 회전하고 있는 물체에도 운동량이 발생한다. 이것을 각운동량이라고 한다. 각운동량은 각속도(회전 운동을 하는 물체가 단위 시간에 움직이는 각도)와 물체의 관성 모멘트를 곱한 값으로 표현된다. 관성 모멘트는 회전 운동에 대한 관성의 크기를 나타내는 것으로, 이 값이 클수록 회전 운동에 변화가 잘 일어나지 않게 된다. P.093