시그널, 인터스텔라, 터넷, 시월애, 동감은 타임슬립 드라마 혹은 영화입니다. 타임슬립은 알수 없는 이유로 시간 여행하는 초자연적 현상을 이야기하는데, 판타지 영화나 소설 등에서 많이 사용되는 소재입니다. 과연 시간 여행은 가능할까요? 과학적으로 아직 혼란스러운 단계이지만, 우리는 이러한 영화나 드라마 혹은 소설 등으로 특수 상대성 이론이나 일반 상대성 이론을 좀 더 쉽게 이해하게 됩니다. 상대성 이론과 같은 현대 물리 파트는 중학교 단계에서 배우지는 않지만, 상대속도를 구하거나, 핵반응을 공부하기 위해서는 기본 이론은 중학교 단계에서 배우므로 물리나 화학 내용을 잘 이해하고 있어야 합니다.
다음은 현대 물리 단원맵입니다. 고급물리학까지 배우는 내용에서는 상대성 이론이 많은 부분을 차지하는 것을 볼 수 있습니다.
상대성 이론을 배우게 되면 무슨 말인지 이해가 되지 않을 경우가 많으므로, 영상을 통해 공부하는 것을 추천합니다. 역주행송 윤하의 ‘사건의 지평선’ 가사에서 사건의 지평선을 ‘사라진 별의 자리, 아스라이 하얀 빛’이라고 표현합니다. 사건의 지평선은 일반상대성이론에서 블랙홀의 영향을 받아 빨려 들어갈 때 중력이 너무 커서, 시간이 너무 느리게 흘러 시간이 멈춘 듯하게 느껴지는 지점을 말합니다. 뮤직비디오를 보면서 블랙홀이 만들어지고, 사건의 지평선의 의미를 되새겨 보는 것도 재미있는 공부가 될 것 같습니다.
핵융합 반응할 때 질량결손이 일어나 과정을 거쳐 에너지를 만듭니다. 통합과학에서 처음 나오는데, 물리학I에서 자세한 내용을 배우면서 핵반응에서는 질량보존 법칙이 성립하지 않고, 전하량보존 법칙, 질량수 보존 법칙이 성립됨을 배우게 됩니다. 따라서 원소기호를 적을 때 의미하는 것이 무엇인지 정확하게 알고 있어야 합니다. 고급물리학에서 이 내용은 어렵지 않게 다루고 있으므로, 미리 한번 살펴보는 것도 추천합니다. 태양에서 일어나는 핵융합 반응이 우리 실생활에서 상용화되면 경제적인 측면에서 매우 놀라운 효과를 가지므로 에너지에 관심이 있는 친구라면 한번 탐구하는 것이 좋을 것 같습니다.
통합과학에서 입자에 관련된 설명이 잠시 나옵니다. 융합과학을 배웠을 때 기본 상호작용과 기본입자를 자세하게 공부하였는데, 교과과정이 바뀐 후 입자에 관련된 설명이 없어졌습니다. 따라서 기본 상호작용과 기본입자를 먼저 공부한 후 통합과학 내용을 배우는 것을 추천합니다. 고급물리학에서도 어렵지 않게 설명하고 있으므로 책을 미리 구할 수 있다면 살펴보는 것이 좋습니다.
특수상대성 이론 내용은 고급물리학에 그대로 이어지는데, 공식을 유도하거나, 법칙을 이해할 때, 미분/적분을 사용하므로 미리 공부하고 살펴보는 것이 좋습니다. 물리학I에서 이해되지 않았던 상대성 이론이 좀 더 쉽게 이해될 수 있으므로, 수학적인 역량을 갖추면 더 좋겠지만, 아니더라도 연계된 상위교과를 먼저 읽어보는 것이 도움이 됩니다. 일반상대성이론은 물리학II 내용과 고급물리학 내용을 큰 차이가 없으므로 물리학II 내용으로 고급물리학 내용을 충분히 따라갈 수 있습니다.
단원에 따라 순서대로 공부하는 것이 쉽게 이해할 수 있는 단원이 있고, 상위교과를 통해 미리 공부하여 도움이 되는 단원이 있습니다. 특목고를 준비하는 친구라면 고등학교 때 배우는 교과서를 구하여 바닥에 펼쳐놓고, 자신만의 방법에 맞는 목차 정리를 한번 해보는 것이 도움이 됩니다. 자신의 현재 역량에 맞게끔 흐름을 짜서 공부하는 것이 좋기 때문입니다.
양자역학은 원자, 분자와 같은 아주 작은 입자들을 설명하는 단원입니다. 물리학I, 물리학II에서 빛과 물질의 이중성 단원을 배우는데, 물리학II 내용은 수식이 많이 나오지만, 그림을 통해 이해하기 좀 더 쉽고, 왜 그런지 의문이 쉽게 해결될 수 있으므로 두 교과서를 펴놓고 함께 공부하는 것을 추천합니다. 고급물리학 내용도 수식이 많아서 처음은 하기 싫다는 느낌을 받을 뿐이지 난도는 크게 높아지지 않습니다.
우리가 영화를 보거나, 책을 한번 읽었을 때는 이해가 되지 않지만, 두 번 세 번 보면 이해되는 부분이 있습니다. 인터스텔라, 테넷은 정말 몇 번을 보아야 이해될 정도였습니다. 공부도 그러하다고 생각합니다. 새로운 내용을 공부할 때 한번 읽어서는 이해가 되지 않습니다. 반복해서 소설책 읽듯이 여러 번 반복한다면 하나씩 눈에 보이게 됩니다. 수식을 이해하기 위해서는 수학적 역량이 필요하지만, 흐름을 통해 충분히 알 수 있는 내용도 많습니다. 따라서 특목고 대비 공부를 한다면 꾸준함을 몸에 장착하기를 바랍니다.
불확정성원리는 양자역학 입장에서 어떤 입자의 위치와 운동량을 정확히 측정할 수 없는 것을 말합니다. 입자의 위치를 정확하게 알면 운동량을 정확하게 측정할 수 없고, 입자의 위치를 정확하게 측정할 수 없으면 운동량을 정확하게 측정할 수 있습니다. 물리학II는 그림을 통해 수식을 설명하고, 고급물리학에서는 수식을 통해 설명하므로 이해하기에는 물리학II 내용을 물리학I에서 배웠던 공식을 응용하여 풀어내는 것이 훨씬 더 도움이 됩니다.
물리학 실험에서는 음극선 실험, 광전효과, 전자회절과 같은 이론을 알아보는 실험이 많으므로, 기본 이론을 공부하고 실험을 준비한다면, 실험 결과를 예측할 수도 있고, 결과가 제대로 나오지 않았을 때 문제점을 찾아낼 수 있으므로, 이론 공부를 철저하게 할 필요가 있습니다.
다음 시간에는 화학 열역학 단원을 중심으로 마인드맵과 공부법에 대해 알아보겠습니다.
경력:
- 유원멘토입시연구소 이공계열 연구소장
- EBS강사가 추천하는 인기학과 진로코칭 (로봇·인공지능편) 저자
- 한국교육컨설턴트협의회 진로진학 컨설턴트