물리학

● 물리학

- 물질과 그것의 시공간에서의 운동, 그리고 그것과 관련된 에너지나 힘 등을 연구하는 자연과학의 한 분야입니다.

- 2천 년 이상의 기간 동안 물리학은 화학, 생물학, 지구과학, 천문학과 함께 자연 철학의 일부였지만, 17세기 과학 혁명 이후 엄격한 과학적 방법을 사용하여 경험적 지식만을 다루게 되면서 물리학은 철학에서 분리되어 독자적인 학문으로 자리 잡게 되었습니다.

- 가장 기초적인 과학의 한 분야로, 물리학의 목표는 우주 또는 자연이 어떤 식으로 운동하는가를 논리적으로 이해하는 것 즉, 모든 물체의 운동 원리를 규명하는 것입니다.

- 인간이 과거 철학을 통해 자연법칙에 대해 물어왔던 근본적인 질문들이 오늘날 물리학을 통해 해결되고 있습니다.

- 갈릴레오 갈릴레이 이후 물리학은 물체의 운동과 같은 물리 현상을 수리 모형을 통해 설명하고자 하였고 아이작 뉴턴은 고전 역학을 수립했습니다. 

- 현대 물리학에서도 수리 모형은 예측과 가설 검증의 주요한 수단으로 사용된다. 특히 물리학이 다루는 수리 모형과 관련된 연구를 하는 학문을 수리물리학이라고 합니다.

- 고전 역학의 성립으로 천체에서부터 사과와 같은 작은 것에 이르기까지 대부분의 물체가 나타내는 운동을 설명하고 예측할 수 있게 되자 충분한 조건만 주어진다면 우주에 있는 모든 것의 상태를 물리학을 통하여 예측할 수 있다고 생각하는 결정론적 세계관이 널리 받아들여지기도 하였습니다.

- 물리학은 여러 학문에서 다루는 대상들의 기본적인 성질에 대한 지식을 제공하기 때문에 기초과학이라고 불린다.

- 현대의 물리학은 매우 다양한 세부 학문으로 나뉘고 다루는 대상에 따라 기본입자와 같은 미립자를 실험을 통해 검증하려는 입자물리학이나, 우주와 천체에 대해 연구하는 천체물리학과 같이 구분되기도 하고, 자연 현상을 설명하는 이론 체계를 세우는 이론물리학과 실험을 통해 해당 이론을 검증하는 실험물리학으로 구분되기도 합니다.

- 역학, 전자기학, 광학과 같이 특정한 분야별로 나뉘어 불리기도 한다. 한편, 현대 물리학은 지구과학, 생물학 등 다양한 분야의 학문들과도 학제 간 연구가 활발히 이루어지고 있습니다.

 

● 범주와 목표 

- 물리학의 목적은 물리학자들은 우리 주변에서 일어나는 일의 원인을 알아내어 이성적으로 판단하여 그 원인과 결과를 하나의 이론으로 일반화시키는 판단을 하고 물리학자들은 과학적 방법론을 따릅니다.

- 물리학은 만물을 구성하는 기본적인 대상인 원자 내부의 양성자, 중성자, 전자부터 가장 크다고 여겨지는 우주 전체까지 현상의 광범위한 범주를 포괄합니다.

 

● 핵심 이론

- 물리학이 넓은 범위에 걸친 다양한 주제를 다룸에도 불구하고 모든 물리학자들이 공통적으로 사용하는 핵심 이론들이 있습니다.

- 물리 연구의 기본 도구 역할을 하는 이 이론들 각각은 그 적용 범위 내에서 기본적으로 옳은 것으로 믿어지고 있는데 원자보다 크고 천체에 비해 매우 가벼우며 광속보다 훨씬 느리게 움직이는 일상적인 물체의 움직임은 고전역학으로 비교적 정확히 기술됩니다.

 

● 고전 물리학과 현대 물리학의 차이

- 물리학은 우주의 법칙을 알아내기 위한 학문이지만, 물리학의 이론은 그것이 적용 가능한 범위 내에 있습니다.

- 고전 물리학의 법칙들은 크기가 원자보다 크고 움직임이 빛의 속도보다 훨씬 느린 계에 대해 설명합니다.

- 일반 상대성이론은 동적이고 구부러진 시공간에 대해 서술함으로써 매우 무거운 계나, 거대한 천체에 대해 설명할 수 있고 일반 상대성이론은 아직 다른 이론과 통일되지 않았지만, 여러 양자중력이론의 후보 이론들이 성장하고 있습니다.

- 막스 플랑크, 에르빈 슈뢰딩거 등을 필두로 한 양자역학은 개연론에 의거한 입자와 상호작용에 대한 개념을 제공했고 이는 원자나 원자보다 작은 크기에 대한 정확한 설명을 가능하게 했습니다.

-  알베르트 아인슈타인은 절대 공간과 시간의 개념을 시공간의 개념으로 대체하고 빛의 속도에 근접한 구성요소를 갖고 있는 계에 대한 더 정확한 설명을 가능한 특수 상대성이론을 제시했습니다.

 

● 연구 분야

- 물리학에서의 현재 진행 중인 연구 분야는 대략 응집 물질 물리학, 원자 분자 광 물리학, 입자 물리학, 천체 물리학, 지구 물리학, 지구 물리학, 생물 물리학으로 나눕니다.

- 현재에는 대부분의 물리학자들이 평생 동안 한 분야에서만 일을 하고 있으며 여러 물리 분야에서 연구했던 알베르트 아인슈타인 같은 사람들은 이제는 매우 드뭅니다.

1) 생물리학

- 물리학적 관점에서 생물학을 연구하며 이를 생물리학이라고 합니다.

- 한 생명체를 두고 구조 역학적으로 분석하거나 생물 내부의 물질대사를 물리적으로 연구하고 혹은 물리학적 관점에서 생물군을 관찰하여 정리하기도 합니다.

2) 작은 공간

- 작은 공간에 적용되는 물리 법칙을 서수하는 분야이며 끈 이론과 양자론 등이 여기에 속합니다.

- 고전 물리학 시대엔 주로 빛과 화학을 연구하였으며 원자 단위를 연구한 것은 비교적 최근 일입니다.

3) 응집 물질

- 응집 물질 물리학은 물질의 거시적인 물리적 성질들을 다루는 물리 분야입니다.

- 성분 요소들의 수가 극히 많고 요소들 간의 상호작용이 강할 때 나타나는 "응집된" 상태들에 주로 관심을 갖는 분야입니다.

- 응집 물질 물리학은 현재의 물리 분야 중에서 가장 큰 분야를 형성하고 역사적으로 응집 물질 물리학은 고체 물리학에서 성장해 나왔습니다.

- 가장 익숙한 응집 상태의 예로는 고체와 액체를 들 수 있는데 원자들 사이의 결합과 전자기력에 의해 생겨나는 것입니다.

4) 큰 공간

- 큰 공간에 적용되는 물리 법칙을 서술하는 분야입니다.

- 아주 큰 범위로는 우주 전체부터 작은 범위로는 일상적으로 눈에 보이는 범위까지이고 천체물리학과 역학 등이 여기에 속합니다.