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자연과학

위대한 결정
기체론 강의 1
평균자유행로에 비하여 크기를 무시할 수 있는 단원자 분자이론
저자/루트비히 볼츠만 , 역자/이성열
161*222*22mm | 값 15,000원 | ISBN 978-89-5733-562-8

카테고리 : 자연과학
시리즈명 : 한국연구재단총서

책소개

‘통계역학’과 직접적으로 관련되는 볼츠만의 기체 이론, 국내 최초 완역
물리학자이자 화학자인 볼츠만(Ludwig Boltzmann)은 19세기의 뛰어난 과학자이다. 하지만 당시의 유럽 물리, 화학계에서 볼츠만의 연구 성과는 크게 주목받지 못했다. 현대에 들어서야 볼츠만의 연구는 물리 및 화학에서 중심적인 역할을 하고 있는데, 이것이 ‘통계역학’의 기본 개념과 관련되기 때문이다. 거시적 물질의 성질을 구성입자의 행위로서 이해하고자 하는 ‘통계역학’은 볼츠만의 기체이론과 직접적으로 관련된다. 실제로 볼츠만은 기체이론에 머무르지 않았고, 에너지에 따른 상태의 분포를 나타내는 볼츠만 분포 등의 핵심적인 개념을 이후에 다루었다. 물리상수 중에서 매우 중요한 역할을 하는 ‘볼츠만 상수’에 그의 이름이 붙은 것은 이러한 공로를 인정한 것이겠다.

대학에서 자연과학 계열의 학생들은 대부분의 경우 역사적으로 이미 정설로 받아들여진 내용만을 학습한다. 그러나 과거에 제시되었던 자연현상에 대한 학설 중에서 지금까지 살아남은 것은 사실 소수라고 할 수 있는데, 이미 사라진 학설을 접하는 것도 정설을 배우는 것만큼 중요하다고 생각한다. 자연과학은 철저하게 논리로 무장된 과학자들에 의하여 가치중성적으로 연구되는 것이 아니라, 개인적 야망이라든가 열정, 희생 등에 의하여 동기가 부여되는 것이므로, 이런 점에서는 과학자들의 성공뿐 아니라 실패, 논리와 마찬가지로 우연과 편견에도 관심을 가질 필요가 있다. 예를 들면, DNA의 구조결정 과정에서 경쟁한 제임스 ?슨(James Watson), 프랜시스 크릭(Francis Crick) 팀과 라이너스 폴링(Linus Pauling) 연구진 사이의 경쟁, 또는 뛰어난 실험 결과를 축적했음에도 노벨상에서 제외된 로잘린드 프랭클린(Rosalind Franklin) 등의 이야기는 얼마나 흥미진진한가. 이런 면에서 과학사는 자연과학을 전공하는 학생들에게 매우 중요하다.
국내에서 자연과학 분야의 고전 번역은 거의 이루어지고 있지 않는 듯하다. 여기에는 많은 이유가 있겠지만, 우선 자연과학자들의 무관심이 큰 이유일 것이다. 대학이나 연구소에서 과학연구에 종사하는 과학자들이 고전을 접하는 경우는 사실 거의 없으며, 이들은 대학에서 자신들이 배운 지식을 바탕으로 새로운 연구에 골몰하여, 과학사에 관심을 가질 여유가 없다. 자연과학 계열의 학생들도 이것은 마찬가지여서, 대학 강의교재 내용을 학습하는 데 급급한 실정이다. 물론, 자연과학 고전을 번역할 정도의 어학 능력을 가진 번역자가 드문 것도 한 가지 이유일 것이다.
자연과학의 연구성과는 물론 과학적 논리에 의하여 평가되고, 부분적인 지식이 시간이 지남에 따라서 자연과학 전체의 구조 속에서 적절한 위치를 차지하게 되지만, 자연과학자들이 새로운 지식을 얻는 과정은 결코 논리적이지도 않고, 과학 발전이 선형적이지도 않다. 과학적 발견의 상당 부분은 당시의 사회경제적 요건과 결코 무관하지 않으며, 과학자 또한 당대의 영향을 받지 않을 수 없다. 따라서 과학적 성과와 과학 탐구 과정은 분리되어 고찰될 필요가 있다. 볼츠만의 경우도 이러한 점에서 시사하는 바가 크다. 뛰어난 과학자의 중요한 이론이 왜 당시 유럽의 물리학계로부터 외면당했는지, 과학이론과 학계의 풍토는 어떻게 상호작용하는지 등을 고찰하게 되면, 19세기 유럽의 물리학계와 화학계의 관계, 당시 유럽 문화의 전반적인 분위기 등에 대한 실마리를 찾을 수도 있을 것이다. 또한, 볼츠만의 삶을 되짚어보면서, 과학자의 성과와 아울러 과학자의 구체적인 삶을 엿볼 수도 있을 것이다. 문학 연구에서 작품과 작가의 삶이 동시에 중요시되는 것에 비하면, 자연과학의 경우에는 이러한 작업이 거의 중요시되지 않는데, 크게 개선되어야 할 부분이다.
볼츠만의 기체론 강의는 역사적 의미뿐 아니라, 물리와 화학 교과서에서 자세히 다루지 않는 수학적 유도 및 이론 전개를 포함하고 있어서 학문적으로도 대단히 유용하다. 이 책은 기체이론을 볼츠만의 관점에서 다시 이해하고, 그 이론의 역사적인 배경을 알게 함으로써 물리와 화학을 공부하는 학생들에게 좋은 참고자료가 될 것이다.

저자 및 역자 소개

루트비히 볼츠만(저자)
1844년 오스트리아 빈에서 출생 1863년 빈 대학에서 물리학을 전공. 1866년에「기체분자운동론」으로 박사학위 취득 1867년 첫 논문「열역학 제2법칙의 역학적 의미」 발표 1869년 그라츠 대학의 수리물리학 정교수로 임용 1873년 빈 대학의 수학 교수로 취임 1876년 그라츠 대학의 수학 및 물리학 강사인 헨리에테 폰 아이겐틀러와 결혼. 그라츠 대학으로 돌아감 1887년 그라츠 대학 총장으로 취임 1890년 뮌헨 대학 이론물리학과의 석좌교수로 취임 1893년 스승인 요제프 슈테판의 후임으로 빈 대학 이론물리학 교수로 취임 1896년『기체론 강의(Vorlesungen über Gastheorie)』출간 1906년 이탈리아 트리스테 근처 두이노에서 여름휴가 중 사망 빈의 중앙묘지에 있는 묘비명에는 유명한 엔트로피 방정식 S = k logW 가 새겨져 있음

이성열(역자)
서울대학교 화학과 (이학사) KAIST 화학과 (이학석사) 시카고 대학 화학과 (이학박사) 경희대학교 응용화학과 교수 (물리화학 전공) 1999년 경희대학교 창립 50주년 미원학술상 (우수상) 2009년 대한화학회 이태규 학술상 수상 논문 “Hydrogen-bond promoted nucleophilic fluorination: Concept, mechanism and applications in positron emission tomography” Chem. Soc. Rev. 45, 4638 (2016) 등 150여 편 발표 저, 역서:『과학의 천재들』(앨런 라이트먼 지음, 다산초당, 2011) 『과학이 나를 부른다』(공저, 사이언스북스, 2008)

목차

제1부 평균자유행로에 비하여 크기를 무시할 수 있는 단원자 분자이론
제1부에 대한 서문

서론

1. 기체의 거동에 대한 역학적 유추
2. 기체 압력의 계산

1장 분자는 탄성체 구(球)이다. 외력(外力)과 가시적인 운동이 부재한다

3. 속도분포법칙에 대한 맥스웰의 증명; 충돌횟수
4. 계속: 충돌 후의 변수값; 다른 종류의 충돌
5. 맥스웰의 속도분포만이 가능함의 증명
6. 의 수학적 의미
7. 보일-샤를-아보가드로 법칙. 공급된 열에 대한 표현
8. 비열: 의 물리적 의미
9. 충돌횟수
10. 평균자유행로
11. 분자운동에 의한 물리량의 수송에 대한 기본 방정식
12. 전기전도와 기체의 점성
13. 기체의 열전도와 확산
14. 두 가지의 근사: 서로 다른 두 기체의 확산

2장 분자는 힘의 중심이다. 외력(外力)과 기체의 가시적 운동을 고려함

15. 와 에 대한 편미분방정식
16. 계속: 충돌의 효과
17. 영역 내 모든 분자들에 대한 합의 시간에 대한 도함수
18. 엔트로피 정리의 일반적인 증명. 정상상태에 대응하는 방정식
19. 기체 정력학(靜力學). 방정식 (147)을 위반하지 않는 무거운 기체의 엔트로피
20. 유체역학 방정식의 일반적 형태

3장 분자들은 거리의 5제곱에 반비례하는 힘으로 반발한다

21. 충돌로부터 발생하는 항의 적분
22. 완화시간. 점성에 대하여 보정된 유체역학 방정식. 구면(球面) 함수를 이용한?의 계산
23. 열전도. 두 번째 근사계산법
24. 방정식 (147)이 만족되지 않는 경우의 엔트로피. 확산

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