대학물리학 4판 - 현대물리학편

본 교재 《대학물리학》은 랜들 나이트 교수가 30년이 넘는 풍부한 물리학 교육 경험과 물리 교육의 연구 성과를 기반으로 다양한 배경의 학생들이 물리학을 쉽게 배울 수 있도록 저술한 《Physics for cientists and Engineers: A Strategic Approach with Modern Physics, 2017》 4판을 번역한 것이다.

물리학의 방대한 분야를 소개하다보면 백과사전적인 교재가 되기 십상이지만 본 교재는 핵심 개념에 초점을 맞추고 일관성 있게 여러 분야를 아우르고 있다. 특히 운동량보다 일과 에너지를 먼저 배우고, 광학은 전기와 자기 다음에 배우도록 구성되어 있으며, 로켓 추진, 파동 방정식, 기체에서의 음속과 같은 심화 주제들을 추가하여 강의 목적에 따라 선택적인 심화 학습을 할 수 있도록 했다. 그리고 미적분을 사용하여 수학적 개념들을 간결하게 표현하고 있지만, 실제로는 미적분학의 기초적인 지식 외에는 더 필요한 것이 없도록 아주 쉽고 명확한 상황에서 개념을 도입하고 설명한 후 미적분을 사용하는 표현으로 확장한다. 모든 수학적 전개 과정은 건너뜀 없이 세심하게 제시되어 있으므로 학생들이 어려움 없이 스스로 공부할 수 있도록 되어 있다.

또한 학생들이 핵심적인 사고 기술을 배양할 수 있도록 다양한 전략을 적절하고 짜임새 있게 구축하고 있으며, 정량적인 추론과 개념의 이해 사이에 적절한 균형을 맞추고 있다. 그리고 학생들이 어려움을 느끼는 개념에는 특별한 주의를 기울여 세심하고 명료한 설명을 제공하고 있다. 더불어 장, 원자, 양자화와 같은 과학적 개념은 과학적 맥락을 곁들어 설명함으로써 개념의 중요성과 의의를 잘 알게 해준다. 또한 그림과 그래프에 의한 추론, 정성적 추론, 비유적 추론을 활용하여 주제의 핵심을 잘 파악할 수 있게 한다. ‘모형’ 상자는 실제 세계의 복잡한 상황을 간단하고 합리적으로 이상화한 모형화를 강조하여 보여준다. ‘풀이 전략’은 자유 물체 도형, 광선 추적법과 같은 구체적인 문제 풀이 기술을 개발하기 위한 단계별 과정을 제공한다. ‘문제 풀이 전략’은 여러 장들에 관련된 문제를 해결할 수 있는 종합적인 전략을 제공한다. 예제들은 이러한 전략을 체계적으로 익히고 활용할 수 있도록 구성되어 있다. 특히 예제에 제공되는 ‘핵심’과 ‘시각화’는 문제의 핵심적인 요소와 암묵적인 가정들을 명시하고 물리적 상황을 그림 또는 그래프로 잘 요약하여 학생들이 문제의 핵심을 쉽게 파악할 수 있도록 돕는다. 또한 각 장의 끝에는 다양한 난이도의 전통적인 문제 유형뿐만 아니라 개념을 묻는 서술형 문제와 생물 관련 문제, 미적분 기반 문제들이 다수 포함되어 있다.

일반물리학은 물리학을 전공하는 학생뿐만 아니라 대다수 이공계 학과의 학생들에게도 필수적이다. 많은 학과에서 일반물리학을 전공 기초 과목 또는 교양 필수 과목으로 지정하고 있다. 일반물리학의 방대한 내용을 모두 다루기에는 두 학기도 부족하다. 더구나 고등학교에서 물리학을 이수하지 않고 대학에 진학하는 학생들이 많은 우리 교육 현실에서 일반물리학의 핵심적인 개념을 소개하기에 앞서 기초적인 개념을 충실히 하지 않을 수 없다. 기본 개념을 세심하고 명료하게 설명하고 핵심 개념들 사이의 관계를 잘 아우르고 있는 본 교재가 우리 교육의 현 실정에 가장 적합한 책이라고 생각한다.

VIII부 상대성 이론과 양자물리

36 상대성 이론

37 현대물리학의 기초

38 양자화

39 파동 함수와 불확정성

40 1차원 양자역학

41 원자 물리학

42 핵물리학