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자연과학의 이해

김동희

이성과 본질 · 2026-10-29 출간 예정

ISBN 9791122159721 · 자연과학

정가 16,900원 · 전자책

출간 예정전자책국립중앙도서관 ISBN 서지정보 등록

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『자연과학의 이해』는 2026-10-29 출간 예정입니다. 출간되면 서점 판매 링크와 함께 이메일로 한 번 알려드립니다.

책 소개

월식이 언제 일어날지를 계산하는 일과 월식이 왜 일어나는지를 설명하는 일은 같은 지식이 아니다. 바빌로니아는 앞의 것을 600년 동안 정밀하게 기록했고, 그리스는 뒤의 것을 물었다. 『자연과학의 이해』는 예측을 원인의 설명과 논증에 묶은 이 물음이 어떻게 학문이 되었고, 번역과 대학을 건너 과학혁명에 이르렀으며, 상대성 이론과 양자역학을 지나 인공지능의 시대에 다시 우리 앞에 서게 되었는지를 따라간다.

이 책은 저자가 대학에서 오래 맡아 온 교양 강의 「자연과학의 이해」를 위해 새로 쓴 교재다. 자연과학을 이해하고 싶은 일반인들을 위한 교양도서로도 읽힐 수 있다. 제1부는 과학의 뿌리를 소크라테스와 플라톤과 아리스토텔레스에서 찾는다. 플라톤은 감각 너머의 질서를 수학과 이성으로 탐구했고, 아리스토텔레스는 자연을 관찰하고 원인을 설명하는 여러 학문을 하나의 체계로 조직했다. 밀레토스에서 시작된 물음이 아리스토텔레스의 체계에 이르는 과정은 우연한 착상의 연속이 아니라 앞선 난제를 하나씩 풀어 가는 길로 그려진다. 알렉산드리아의 수학과 관측이 그 뒤를 잇는다. 제2부는 이 유산이 로마와 중세 서방, 바그다드와 코르도바를 거쳐 유럽의 대학으로 돌아오는 과정을 따라간다. 신앙 아래에서도 이성은 보편자 논쟁과 유명론을 거치며 제 자리를 얻었고, 그 발판 위에서 하늘이 움직이고 땅이 움직였다.

제3부는 뉴턴의 『프린키피아』에서 출발해 기계론적 우주와 계몽, 그 성공을 철학적으로 정초하려 한 칸트를 지나, 열역학과 전자기학, 화학과 지질학과 생명과학이 저마다의 증거와 방법으로 성립한 과정을 살핀다. 제4부는 상대성 이론과 양자역학, 기본입자와 우주론을 다루며, 양자역학이 띠 이론과 트랜지스터, 레이저와 전자현미경, 원자 수준으로 새기는 반도체 기술로 오늘의 세계를 어떻게 바꾸었는지를 한 장에 걸쳐 보여 준다. 제5부는 추론이 곧 계산이라는 오래된 발상에서 딥러닝과 말하는 기계에 이르는 인공지능을 따라가고, 정확한 예측이 곧 이해인가라는 물음 앞에 다시 선다.

과학철학은 따로 떼어 다루지 않는다. 귀납의 문제는 뉴턴과 흄과 칸트 곁에서, 반증 가능성은 일식 관측 곁에서, 과학적 실재론은 양자역학의 측정 문제 곁에서, 패러다임은 20세기 물리학의 변화를 돌아보는 자리에서 만난다. 입자물리학자인 저자는 극적인 서사보다 근거의 범위를 따진다. 아리스토텔레스의 운동론이 어떤 조건에서 오늘의 역학과 닮은 결과를 내는지, 뉴턴 역학이 상대성 이론 안에서 어디까지 유효한지, 혼돈과 양자의 불확정성이 왜 같은 불확실성이 아닌지를 구별해 적는다.

수식은 꼭 필요한 것만 그 뜻을 풀어 실었으므로 고등학교 수학으로 충분히 따라올 수 있다. 원리를 보여 주는 그림은 본문에 맞추어 새로 그렸고 역사의 장면은 회화·판화·사진으로 실어 모두 80점의 도판을 갖추었다. 인명과 연도는 큰 전환점만 본문에 남기고, 줄인 인물과 연대, 인용의 출전과 개념의 보충 설명은 160여 개의 미주로 옮겼다. 각 장 끝의 「생각해 볼 문제」는 개념의 확인에서 토론으로 이어지며, 참고 문헌은 국내에서 출간된 책으로만 모았다.

출처: 국립중앙도서관 출판예정도서 등록 정보(출판사 제출)

요약

월식에서 인공지능까지, 하나의 물음으로 읽는 자연과학

대학의 교양 과학 교재는 대개 두 가지 가운데 하나가 된다. 물리·화학·생물·지구과학의 핵심 개념을 분야별로 요약해 늘어놓거나, 위대한 발견의 연대기를 인물 중심으로 이어 붙이는 것이다. 앞의 방식에서는 개념이 왜 필요했는지가 사라지고, 뒤의 방식에서는 과학이 몇몇 천재의 영감으로 전진한 것처럼 보인다. 『자연과학의 이해』는 다른 길을 택한다. 이 책은 첫 장면에서 월식 하나를 두고 두 종류의 지식을 갈라놓는다. 언제 일어날지를 맞히는 지식과 왜 일어나는지를 설명하는 지식이다. 그리고 책 전체를, 예측을 원인의 설명과 논증에 묶는 이 두 번째 지식이 어떻게 태어나 자라 왔는가의 이야기로 엮는다.

그 이야기의 출발점을 그리스로 잡는 데에는 분명한 근거가 제시된다. 저자는 바빌로니아의 600년 관측 기록과 중국의 천문 관청, 송나라 천문관의 초신성 기록을 먼저 정당하게 평가한다. 그런 다음 어느 문명이 더 지혜로웠는가가 아니라 어느 쪽의 지식이 과학이라는 형태로 자랄 조건을 가졌는가를 묻는다. 설득해야 할 청중이 있는 폴리스의 논쟁 문화, 공통의 출발점에서 정리를 차례로 끌어내는 증명의 형식, 쓸모와 무관한 물음에 시간을 쏟을 여가가 그 조건이다. 동양과의 비교는 서장에서 끝내고, 본문은 그 조건 위에서 과학이 실제로 걸어간 길을 따라간다.

이 책의 중심에는 플라톤과 아리스토텔레스가 있다. 서양 과학이 플라톤의 수학적 질서와 아리스토텔레스의 경험적 탐구라는 두 원류에서 자랐다는 말은 흔하지만, 이 책은 그 말을 구조로 보여 준다. 사물 밖의 본질은 변하는 사물을 학문의 대상에서 밀어내므로 형상은 사물 안으로 내려와야 했고, 없는 것에서 있는 것이 생길 수 없다는 파르메니데스의 난제는 가능태와 현실태로 풀려야 했다. 아리스토텔레스의 개념들이 앞선 물음에 답하며 서로 맞물리는 과정을 따라가다 보면, 독자는 학문이라는 것이 이 지점에서 처음 하나의 체계로 서게 된 까닭을 스스로 읽어 내게 된다. 그 뒤 2,000년의 이야기는 이 체계를 계승하면서 동시에 무너뜨린 과정으로 읽힌다.

흔히 건너뛰는 중세와 이슬람 세계에 세 장을 내준 것도 이 책의 특징이다. 보에티우스가 번역한 논리학과 답 없이 남은 보편자의 질문, 이해를 추구하는 신앙, 바그다드의 번역 운동과 코르도바의 주석, 대학의 토론과 오컴의 유명론은 과학혁명을 준비한 이성의 역사로 서술된다. 이 장들이 있기에 코페르니쿠스와 갈릴레이와 뉴턴은 갑자기 나타난 영웅이 아니라 오래 준비된 물음에 새로운 수학과 관측으로 답한 사람들로 보인다. 칸트에게 한 장을 따로 준 것도 같은 맥락이다. 뉴턴 과학의 성공이 왜 철학의 문제였는지를 알아야, 비유클리드 기하학과 상대성 이론이 칸트의 공간을 어떻게 흔들었는지도 이해할 수 있다.

현대과학을 다루는 대목에서는 입자물리학자의 손길이 분명하다. 저자는 상대성 이론과 양자역학을 신비한 역설의 목록으로 꾸미지 않고, 그것이 어떤 측정과 어떤 실패에서 나왔는지를 차근차근 보인다. 무엇보다 양자역학이 만든 세계에 한 장을 통째로 할애한 선택이 돋보인다. 띠 이론과 p-n 접합에서 출발해 트랜지스터와 집적 회로, 원자 수준으로 새기는 반도체 공정과 인공지능의 칩에 이르는 설명은, 손에 쥔 스마트폰이 20세기 물리학의 응결물이라는 사실을 실감하게 한다. 혼돈과 양자의 불확정성을 하나의 불확실성으로 섞지 말라는 당부, 뉴턴 역학이 어떤 조건에서 여전히 유효한지에 대한 정확한 언급처럼, 단순화를 경계하는 문장이 곳곳에서 책의 신뢰를 받친다.

책은 인공지능으로 끝난다. 방대한 데이터에서 정확한 예측을 내놓는 기계는 바빌로니아의 계산과 그리스의 설명이라는 첫 장면의 구분을 다시 불러온다. 예측의 성공은 원인의 이해와 같은가, 이성의 핵심은 계산인가 이해인가. 저자는 성급한 답을 내리지 않는다. 다만 근거를 묻고 검토를 공개하는 학문의 태도는 기계가 더 많은 계산을 맡을수록 더 중요해진다고 말한다. 이름과 연도를 많이 외우지 못해도, 힘과 에너지가 어떻게 다르고 이론이 관측과 어긋날 때 무엇을 검토해야 하는지를 자기 말로 설명할 수 있다면 중요한 배움은 남은 것이라는 맺음말의 당부는, 이 책이 교재이면서 동시에 한 과학자가 평생의 강의실에서 길어 올린 과학관의 정리라는 사실을 보여 준다.

출처: 국립중앙도서관 ISBN 서지정보(출판사 제출)

아테네라는 조건, 신화에서 로고스로, 소피스트와 소크라테스, 그것은 무엇인가, 논박과 무지의 자각, 소크라테스의 죽음과 플라톤의 선택, 플라톤이 물려받은 난제, 피타고라스학파: 우주는 수로 되어 있다, 이데아: 세 갈래의 물음이 만나는 곳, 『티마이오스』의 우주와 기하학적 원소, 현상을 구하라, 아카데메이아와 수학적 자연의 전통, 남겨진 물음: 변하는 자연을 알 수 있는가

제02장 아리스토텔레스 — 감각으로 돌아온 자연

스승을 떠나다, 물려받은 물음과 체계로 내놓은 답, 형상은 사물 안에 있다, 『범주론』과 실체, 스스로 변화하는 자연, 4원소와 원자론을 넘어서, 4원인과 목적론, 가능태와 현실태, 달 아래와 달 위, 동심구와 부동의 원동자, 자연 운동과 강제 운동, 진공은 없다, 생물학자 아리스토텔레스, 논증하는 지식, 그가 세운 자리

제03장 알렉산드리아 — 현상을 계산하다

무세이온: 왕이 세운 학문의 집, 유클리드: 공리에서 정리로, 아르키메데스: 수학으로 물리를 다루다, 하늘의 거리와 지구의 크기를 재다, 몸을 여는 의학, 오랜 기록이 드러낸 하늘의 변화, 프톨레마이오스의 『알마게스트』, 그리스 과학은 왜 멈추었나

2부. 자연학의 전승과 과학혁명

지식의 전승과 대학, 새로운 관측과 실험이 과학혁명을 준비한 과정을 다룬다.

제04장 신앙 아래의 이성

로마: 요약본과 백과사전의 시대, 서방에 남은 플라톤, 보에티우스와 답 없이 전해진 질문, 수도원과 학교가 지식을 이어 가다, 9세기 카롤링거 학교, 이해를 추구하는 신앙, 보편자 논쟁, 12세기, 이성과 자연의 귀환, 신앙 아래에서 자란 씨앗

제05장 바그다드에서 코르도바까지 — 이슬람의 아리스토텔레스

번역 운동, 아리스토텔레스를 잇는 철학자들, 실험하는 눈: 이븐 알하이삼, 대수학과 천문학, 코르도바의 주석가, 알가잘리의 도전, 이슬람 과학의 지속과 연구 조건

제06장 아리스토텔레스의 귀환 — 번역과 대학

두 갈래의 번역, 대학의 탄생, 대우주와 소우주: 별과 몸의 의학, 연금술: 실험실의 먼 기원, 아퀴나스의 종합, 자연학의 필연성을 문제 삼은 단죄, 옥스퍼드: 빛과 실험과 수학, 임페투스와 움직이는 지구, 오컴과 유명론: 개별자로 돌아간 이성, 자연 탐구의 영역이 넓어지다, 균열이 준비되다

제07장 하늘이 움직이다

르네상스와 인쇄술, 코페르니쿠스의 전환, 티코 브라헤의 하늘, 케플러: 원을 버린 플라톤주의자, 지동설은 어떻게 증명되었나

제08장 땅이 움직이다

자연이라는 책은 수학의 언어로 쓰였다, 아리스토텔레스의 운동론을 다시 세우다, 망원경과 재판, 진공을 둘러싼 논쟁, 새로운 눈으로 본 몸과 땅, 베이컨: 새로운 도구, 데카르트: 이성의 방법이 자연을 만나다, 보일과 왕립학회: 실험이라는 제도

3부. 뉴턴과 근대의 정신

뉴턴의 운동 법칙에서 출발하여 그 성공을 둘러싼 철학적 물음을 거친 뒤 열역학·전자기학과 화학·생명·지구과학의 성장을 살핀다.

제09장 프린키피아

혁명 전야, 아이작 뉴턴, 세 법칙과 만유인력, 하늘과 땅의 통일, 나는 가설을 세우지 않는다, 뉴턴의 신학과 자연의 질서, 라이프니츠와 절대공간 논쟁, 뉴턴이 남긴 두 물음, 영웅이 된 과학자

제10장 기계론적 우주와 계몽

뉴턴주의의 확산, 시계로서의 우주, 라플라스의 악마, 이성의 세기, 뉴턴 밖의 자연: 새로운 과학의 싹, 사회의 뉴턴과 헤겔의 반동, 확신과 의심

제11장 칸트 — 뉴턴 과학의 철학적 정초

두 갈래의 근대: 합리론과 경험론, 뉴턴을 공부한 철학자, 사고방식의 전환, 선험적 종합판단은 어떻게 가능한가, 공간과 시간: 감성의 형식, 범주와 인과성: 지성이 자연에 법칙을 준다, 현상과 사물 자체, 이율배반: 합리론적 형이상학의 파산, 뉴턴 역학의 정초와 그 너머, 플라톤과 아리스토텔레스 사이의 칸트, 칸트 이후의 물음

제12장 고전과학의 확장과 새로운 자연관

해석역학: 그림 없는 역학, 열과 에너지, 엔트로피와 시간의 화살, 패러데이와 장, 맥스웰: 빛은 전자기파이다, 빛은 무엇인가, 빛의 지문: 분광학과 별의 화학, 화학의 탄생: 원소에서 원자로, 결합과 구조가 물질의 성질을 만든다, 깊은 시간: 지질학의 탄생, 지구의 속을 읽다, 움직이는 대륙: 판 구조론, 격변의 귀환: 충돌과 대멸종, 순환하는 지구와 기후의 기록, 세포와 미생물, 다윈과 목적론 없는 생물학, 유전의 법칙: 멘델에서 DNA까지, 생명의 문자를 읽고 고쳐 쓰다, 수학의 확장, 과학자의 탄생, 19세기 말의 두 구름

4부. 현대과학

상대성 이론과 양자역학, 그 응용과 우주론을 다룬다.

제13장 시간과 공간의 재구성

에테르는 어디에 있는가, 동시성의 붕괴: 특수 상대성 이론, 시공간: 달라지는 측정과 변하지 않는 관계, 휘어진 시공간: 일반 상대성 이론, 검증: 수성, 일식, 중력파, 포퍼와 반증 가능성, GPS 위성은 상대론으로 시계를 맞춘다, 비유클리드 기하학과 칸트의 공간

제14장 양자의 세계

플랑크의 양자: 마지못한 혁명, 광양자와 광전 효과, 원자의 구조: 러더퍼드에서 보어까지, 물질의 파동과 양자역학의 탄생, 전자 하나의 간섭, 불확정성 원리와 라플라스의 악마, 결정론과 예측 가능성의 차이: 혼돈, 상보성과 측정 문제, 과학적 실재론: 이론은 세계를 기술하는가, 아직 끝나지 않은 혁명

제15장 양자가 만든 세계

고체 속의 전자: 띠 이론, p-n 접합: 빛과 전기를 잇는 문, 트랜지스터와 실리콘밸리, MOSFET: 현대 칩의 기본 소자, 집적 회로와 무어의 법칙, 원자 수준으로 새기는 기술, 메모리와 인공지능의 칩, 빛을 다루는 양자: 레이저, 보이지 않는 것을 보다: 전자현미경과 터널링 현미경, 원자시계와 자기 공명, 별이 빛나는 이유, 화학 결합과 초전도, 양자 컴퓨터와 양자 정보, 해석의 논쟁과 기술의 성과

제16장 기본입자와 우주

원자핵 속으로: 두 개의 새로운 힘, 장과 입자: 원격 작용을 다시 설명하다, 입자 동물원에서 쿼크로, 대칭: 플라톤의 귀환, 표준 모형, 팽창하는 우주, 우주의 역사를 읽다, 아직 모르는 것들, 반증의 시험대에 선 이론들, 거대과학: 기술로 자연을 보다, 환원주의와 창발, 쿤과 과학 혁명의 구조

5부. 인공지능

인공지능의 기본 발상과 과학 연구에서의 역할을 검토한다.

제17장 생각하는 기계

추론은 계산이다, 데카르트의 두 시험, 논리의 기계화와 그 한계, 튜링: 기계는 생각할 수 있는가, 다트머스와 기호의 인공지능, 연결주의: 뇌를 흉내 내다, 합리론과 경험론의 재연, 딥러닝의 혁명, 말하는 기계, 계산인가 이해인가

제18장 인공지능 시대의 과학

이론의 종말인가, 귀납의 문제가 돌아오다, 데이터에서 법칙으로, 계산판 앞의 수학, 추론의 여러 얼굴, 예측과 설명, 발견의 직관, 기계는 혁명을 일으킬 수 있는가, 인공지능 시대에 남는 과학의 기준

맺음말 · 과학을 낳은 조건, 과학의 진보

다시 월식 앞에서, 조건의 역사, 조건은 지켜야 하는 것이다, 과학은 진보하는가, 서로 연결된 자연과학, 끝으로

참고 문헌

미주

출처: 국립중앙도서관 ISBN 서지정보(출판사 제출)

서지 풀이

부가기호 05400: 독자 대상 교양 · 발행 형태 전자출판물 · 내용 분류 자연과학.

출처: 국립중앙도서관 ISBN 서지정보 · 부가기호 뜻은 국립중앙도서관 ISBN 안내 기준

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먼저 찾아보기(결과가 없을 수 있음): 교보문고 · 예스24 — 서점 링크는 제휴 링크입니다.

이성과 본질 홈페이지 ↗ reason-essence.com

자주 묻는 질문