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최근 수정 시각 : 2020-03-12 10:52:19

물리학

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과학의 범위
[ 좁은 의미 ]
||<tablewidth=100%><bgcolor=#006400><table bordercolor=#006400> 자연과학 ||
   물리학 · 화학 · 생물학 · 지구과학 · 천문학   
[ 넓은 의미 ]
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자연과학의 일반적 분류
물상 과학
(Physical Science)
생명 과학
(Biological Science)
물리학
(Physics)
화학
(Chemistry)
지구과학
(Earth Science)
천문학
(Astronomy)
생물학
(Biology)

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알베르트 아인슈타인의 특수 및 일반 상대성 이론 논문 아이작 뉴턴 프린키피아
1. 개요2. 어원3. 타 학문과 물리학
3.1. 물리학과 다른 자연과학의 관계
3.1.1. 다른 자연과학에 대한 물리학의 입장3.1.2. 물리학에 대한 다른 자연과학의 입장
3.2. 물리학과 기술(공학 · 의학 등)3.3. 물리학과 수리과학
4. 궁극적 목표5. 분류
5.1. 고전과 현대 물리5.2. 이론물리학과 실험물리학5.3. 연구 대상에 따른 분류5.4. 연구 방법(보편적 이론 체계)에 따른 분류5.5. 분야별 연구 규모
6. 역사
6.1. 자연철학의 시작6.2. 뭔가 이상한데?6.3. 역학의 완성6.4. 역학 이외의 물리학 - 물리학의 완성?6.5. 상대성 이론과 양자혁명
7. 교육과정
7.1. 중고등학교 과정7.2. 대학 학부과정( 물리학과)
8. 관련 어록9. 각종 오해와 통념들10. 물리학자들
10.1. 가상의 물리학자들10.2. 관련 문서
11. 여담

1. 개요

Physics · 物理學

자연 현상은 다양한 모습으로 나타나는데, 그 다양한 모습에 공통적으로 적용되는 법칙, 즉 자연의 보편 법칙을 찾고, 그 법칙을 이용해 자연 현상을 합법칙적 · 논리적으로 설명[1]하는 것을 목적으로 하는 학문이 물리학이다. 그리고 물리학자들은 자연 현상 중에서도 물체의 운동(motion)에 집중하여, 운동과 관련된 법칙 및 원리를 발견하기 위한 연구를 한다.

물리학의 정의에서 핵심 키워드는 보편이다. 이는 특정 범주의 자연 현상만을 대상으로 하는 다른 자연과학과의 차별성이 드러나는 지점인데, 물리학은 가급적 넓은 범위의 자연 현상, 그리고 가능하다면 모든 자연 현상에 공통적으로 적용되는 법칙을 찾으려 한다.[2] 그리하여 물리학의 궁극적 목표는 미시 세계에서 거시 세계까지 적용되는 통일된 법칙(만물의 이론, Theory of everything)을 발견하는 것이다. 아직까지 발견하진 못했지만, 현재도 놀라울 정도의 적은 수의 법칙만으로 거의 모든 알려진 자연 현상들을 성공적으로 설명해내고 있다.[3]

한편 물리학은 자연 현상을 일으키는 실체를 물질(matter)이라고 상정한다. 그리고 물질 간의 상호작용[4] 때문에 다양한 자연 현상이 나타나는 것이며, 자연 현상은 결국 물질의 운동이라고 보고 있다.[5] 따라서 자연의 보편 법칙을 찾고자 하는 물리학의 구체적인 모습은 물질의 본성[6]과 그 운동에 대한 연구로 나타난다. (다만, 현대 물리학에서는 장(場, field)이라는 개념이 물질을 대체해서 자연 현상의 실체로서 핵심적인 역할을 하기도 한다. 물질의 운동에 대한 이론 체계가 동역학이라면, 장(field)의 운동에 대한 이론 체계는 장이론(field theory), 또는 줄여서 장론(場論)이라고 한다.[7])

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<과학사학자 홍성욱 교수[8]의 강연 중>

여기서 '물질을 연구하는 학문은 화학 아닌가?' 라는 의문을 가질 수도 있다. 물론 화학도 물질을 연구한다. 하지만 화학은 주로 분자 수준의 물질에서 일어나는 현상을 연구하는 데 반해, 물리학은 분자 수준의 물질은 물론이고, 분자보다 작은 물질(원자, 소립자[9]) 및 분자보다 큰 물질(응집물질[10]), 그리고 기타 물질( 플라스마 등)에서 일어나는 현상에 대해서도 연구한다. 그리고 화학은 특정 지식을 추구하는 현상과학인 데 반해, 물리학은 보편 지식을 추구하는 이론과학이라는 차이가 있다.(현상과학 및 이론과학에 대한 상세한 설명은 아래 '다른 자연과학과의 본질적 차이' 문단을 참조 바람) 한편 분자 수준의 물질에서 일어나는 각종 현상(화학적 현상)을 물리학 법칙을 이용하여 설명하는 학문이 있는데, 이를 화학물리학 또는 물리화학이라고 한다. 전자는 물리학 쪽에서 부르는 이름이고, 후자는 화학 쪽에서 부르는 이름이다.

간혹 물리학의 정의를 '자연을 연구(탐구)하는 학문'이라고 알고 있는 사람도 있다. 특히 비전공자들 중에 이렇게 알고 있는 경우가 많으나, 물리학 전공자 중에서도 물리학의 정의에 대해 고민해보지 않은 사람들은 막연히 이렇게 알고 있는 경우가 꽤 있다.[11] 물론 물리학은 자연을 연구한다. 하지만 생물학, 화학, 지구과학, 천문학도 관심의 구체적인 범주 내지 방향에 차이가 있을 뿐, 자연을 연구하는 것은 마찬가지다. 따라서 '자연을 연구(탐구)하는 학문'이라는 것은 자연과학의 정의이지, 물리학의 정의는 아니다.'

그런데 사실 물리학의 정의는 과학철학자들 및 소수의 물리학자들에게나 관심 대상이지, 다수의 물리학자들에게는 관심 대상이 아니다. 이와 관련하여 케임브리지 대학에서 캐빈디시 연구소를 이끌었던 하룬 아메드 교수의 재밌는 말이 있다. 아메드 교수는 "캐빈디시 연구소의 학자들은 물리학을 두 문장으로 정의한다. '물리학은 물리학자가 연구하는 것이다(Physics is what physicists do)'와 '물리학은 광범위하다(Physics is extensive)'가 그것이다. 이 속에 우리 연구소가 지향하는 목표가 담겨져 있다."고 했다. 그리고 그는 "물리학자가 연구하는 것이 곧 물리학이란 의미는 물리학자라면 어떤 과학분야든 구애받지 않고 연구할 수 있다는 뜻"이라고 설명했다. # 참고로 '○○학은 ○○학자가 연구하는 것이다'라는 식의 얘기는 다른 분야 학자들한테서도 종종 나온다. 예를 들어 미국의 화학자 길버트 뉴턴 루이스도 '화학은 화학자가 연구하는 것이다.'라는 말을 한 적이 있다.

2. 어원

2.1. Physics

물리학을 뜻하는 영단어 physics는 자연을 의미하는 그리스어 φύσις(physis, 퓌시스)에 기원을 지니며, 자연계의 사물을 이론적으로 취급하는 학문이 '자연학(physika)'이라고 불린 것에서 유래한다. 퓌시스는 본성, 혹은 자연을 뜻하는데 이를 라틴어로 옮기면 natura, 영어로 옮기면 nature가 된다. 그리고 퓌시스와 비슷한 의미로서 거의 세트로 붙어다니는 단어가 있는데, 바로 οὐσία(ousia, 우시아)이다. 이를 라틴어로 옮기면 substantia 혹은 essentia이고, 다시 영어로 옮기면 substance 혹은 essence, 한국어로 옮기면 본질, 실체다.[12] 정리를 하자면, physics라는 단어 속에 이미 본성(nature), 본질 · 실체(substance)에 대한 탐구심이 들어있는 것이다. 다만 물리학은 본성· 본질 · 실체에 대하여 형이상학적으로 논하지는 않는다. 형이상학을 뜻하는 영단어 metaphysics의 어근에서 보듯, physics가 metaphysics적 의미를 다루면 반칙이니까(...)

2.2.

물리학이라는 단어는 한자로 物理學이라고 쓰이는데, 이 단어는 말 그대로 만물의 이치를 탐구한다는 뜻을 담고 있다.

서양 과학이 도입되던 청 말기의 중국에서는 물리학을 '격치학'이나 '격물학'으로 불렀다. 성리학에서 '세상의 이치를 꼼꼼하게 따져 알아낸다'는 '격물치지'( 致知)에서 유래된 것이다.

'물리'(物理)라는 말은 오래 전부터 더 넓은 의미로 쓰던 것이다. 초나라의 갈관은 '갈관자'의 '왕부편'에서 물리를 '모든 것의 진실'이라는 의미로 사용했다. 오나라의 양천이 쓴 '물리론'이라는 책도 있다. 명·청의 학자 방이지는 현대의 인문학과 자연과학을 모두 아우르는 분야를 소개하는 '물리소식'()이라는 백과사전을 펴내기도 했다. #

우리나라에는 이 단어가 일본으로부터 학문을 수입하면서 같이 넘어온 것으로 알려져 있다.

3. 타 학문과 물리학

3.1. 물리학과 다른 자연과학의 관계

3.1.1. 다른 자연과학에 대한 물리학의 입장

자연과학의 관점에서는 생명을 포함해서 우리가 경험하는 모든 게 다 물질에 의한 현상이다. 따라서 물질을 다루는 물리학은 사실상 모든 자연 현상을 대상으로 한다. 그런데 특정한 범위의 자연 현상에 대해서는 그것만을 전문적으로 다루는 학문이 별도로 존재한다. 생물학, 화학, 지구과학, 천문학이 그것이다. 그러면 물리학과 다른 자연과학이 같은 자연 현상을 탐구할 때 어떠한 차이가 있을까? 예를 들어 물리학이 생명현상을 탐구하는 경우 생물학과 어떻게 다를까?

다른 자연과학과 대비할 때 물리학의 차별성은 보편지식을 추구한다는 데 있다. # 이에 대해 물리학자 최무영 교수는 아래와 같이 설명한다. <최무영의 과학이야기>- 과학적 사고란
과학적 사고의 마지막 요소는, 단편적 지식들을 '하나의 합리적인 체계'로 설명하려고 시도한다는 겁니다. 특정지식은 개별 과학적 사실(scientific fact)들을 말하는데 이들을 묶어서 보편지식 체계를 만들어내려고 시도합니다. 보편지식을 간단하게 이론(theory)이라고 하지요. 사과가 땅으로 떨어지는 현상이나 계절이 돌아오고, 밀물과 썰물이 생기는 것은 하나하나가 과학적 사실이고 특정지식입니다. 그런 것들을 얼핏 보면 서로 관계가 없어 보이지만 하나의 보편적 체계로 묶을 수가 있습니다. 그게 뭘까요? 뉴턴의 '중력의 법칙'입니다. (이른바 만유인력이라는 용어보다는 중력이라는 용어가 적절합니다.)

과학에서는 이렇게 아무 관련이 없어 보이는 여러 지식들을 묶어서 하나의 체계로 만들어내려 노력합니다. 이러한 경향이 물리학에서 가장 두드러지며, 이로써 물리학은 다른 자연과학과 구분 되지요. 물리학은 바로 보편지식 체계를 추구하는 학문이고, 다른 자연과학은 대부분 특정지식을 추구하는 학문입니다.

생물학이나 천문학, 지구과학 등 특정지식을 추구하는 자연과학은 현상과학이라고 부르는 반면, 보편지식을 추구하는 물리학은 이론과학이지요. 요즘 생겨난 천체물리(astrophysics), 화학물리(chemical physics), 지구물리(geophysics), 생물물리(biophysics; biological physics) 같은 것들은 각 과학 분야의 특정지식들을 보편적 체계로 이해해보려는 시도라 할 수 있습니다.

한편 원자의 행성계 모형을 제안한 영국의 물리학자이자 노벨화학상을 수상한 어니스트 러더퍼드는 아래와 같은 유명한 말을 남겼다.
자연과학은 물리학이거나 아니면 우표수집이다.(Science is either physics or stamp collecting.)

러더퍼드의 말은 이론과학인 물리학 외에 다른 과학은 자료를 모으는 활동이라는 뜻이다.[13] 즉, 보편지식 체계를 구축하는 이론과학이 아니면 단순히 현상을 기술하는 현상론(phenomenology)이라는 뜻.

3.1.2. 물리학에 대한 다른 자연과학의 입장

여기까지가 물리학자의 관점이다. 다른 과학자들의 관점도 설명한다. 다른 과학자들은 자연현상에는 보편적이지 않은 현상들도 많고, 이러한 보편적이지 않은 차이점을 연구하는 과학들이 필요하다고 본다.

3.2. 물리학과 기술(공학 · 의학 등)


물리학의 발전은 우리의 일상과도 연관이 깊다. 뢴트겐의 X선은 의학에서, 칼슨의 광전도현상은 제록스와 같은 복사기를 탄생시켰다. 뢴트겐은 최초의 X선 사진을 찍었고, 제임스 클러크 맥스웰은 최초의 컬러 사진을 찍는 등, 물리학은 기술과도 접점이 많다. 전자기학에서 전자공학이 탄생하였고, 뉴턴역학에서 기계공학이 탄생하였다.

3.3. 물리학과 수리과학


통계, 전산 추가 예정.

4. 궁극적 목표

물리학의 궁극적 목표는 미시 세계에서 거시 세계까지 적용되는 통일된 법칙을 발견하는 것이다. 이를 통일장 이론 또는 만물의 이론(Theory of Everything)이라고 한다. 아인슈타인도 말년에 이 연구에 몰입했었고, 현재도 많은 학자들이 이에 대한 연구를 하고 있지만, 아직 발견되지 않았고, 현재는 어떤 세계를 기술하느냐에 따라 운동법칙이 다른 상황이다.

일상 세계를 기술하려면 뉴턴의 고전역학으로 충분하지만, 원자나 분자 등 작은 세계의 기술에는 양자역학, (빛의 빠르기에 비해 너무 늦지 않은) 빠른 세계나 중력이 매우 중요하게 작용하는 거대 세계[14]를 기술하는 경우에는 상대성이론을 써야 한다.

다만, 양자역학이 일상 세계에서 적용되지 않는 것은 아니다. 양자역학은 미시 세계뿐만 아니라 일상 세계에도 적용할 수 있다. 양자역학을 일상 세계에 적용하면 고전역학과 똑같은 결과가 도출된다. 또한 상대성 이론도 빠른 세계나 거대 세계에만 적용되는 것이 아니라, 일상 세계에도 적용된다. 상대성 이론을 일상세계에 적용하면 고전역학과 같은 결과를 얻게 된다. 일반적으로 일상 세계에서는 상대론적 수정이 무시할 만큼 작기 때문이다.

그러면 작고 빠른 세계는 어떻게 해야 될까? 예를 들어 양성자가 매우 빠르게 움직이는 경우가 그러하다. 작은 것을 기술하는 양자역학과 빠른 것을 기술하는 특수상대성이론, 두 가지를 합쳐야 한다. 이에 따라 이른바 상대론적 양자역학(relativistic quantum mechanics)이라는 것이 만들어졌다.
그리고 작지만 중력이 중요하게 작용하는 세계(예: 블랙홀)를 기술하려면 양자역학과 일반상대론을 합쳐야 한다. 이러한 이론 체계를 '양자중력이론'이라고 부르는데, 아직까진 만들어내지 못하고 있다. 다만, 초끈 이론이라는 이론이 제시되어 있지만, 실험적 검증은 이루어지지 못하고 있다.

5. 분류

5.1. 고전과 현대 물리

가장 크게 나누면 고전물리학과 현대물리학으로 나눌 수 있다. 고전물리학은 시공간의 절대성을 인정하고, 현대물리학에선 시공간의 절대성을 부정한다.

5.2. 이론물리학과 실험물리학

예전에는 물리학자라면 모든 활동을 다 하였다. 하지만 물리학이 발전하면서 실험과 관련된 지식이 고도로 복잡해졌다. 따라서 한 명의 물리학자가 이 모든 것을 다 한다는 것은 현실적으로 불가능해졌다. 따라서 현재는 실험과 관계된 분야를 전문으로 하는 실험물리학자와 이론과 관계된 분야를 전문으로 하는 이론물리학자로 구분된다.

이론 물리학은 ①보편 법칙[15]을 세우고, ②그 법칙을 이용하여 이미 관측되어 알려져 있는 자연 현상을 설명(해석)하거나, ③알려지지 않은 새로운 현상을 예측하는 활동이다.

실험 물리학은 그 예측을 실험이나 관찰을 통해 검증하는 활동이다.

다만 ②는 현실에선 실험물리학자들도 많이 한다. 즉 실험물리학자가 실험이나 관찰을 하다가 어떤 현상을 발견했는데, 그 현상에 대한 이론적 설명을 (이론물리학자에게 맡기는게 아니라) 자신이 직접 하는 경우도 많다.

5.3. 연구 대상에 따른 분류

참조 문헌: <최무영의 과학이야기> 물리학의 범위

물리학은 자연 현상을 일으키는 실체를 물질(matter)이라고 상정하는데, 그 물질을 이루는 여러 단계를 생각할 수 있다. 그 중 어느 단계의 구성단위를 다루느냐에 따라 물리학을 아래와 같이 분류할 수 있다.

5.4. 연구 방법(보편적 이론 체계)에 따른 분류

참조 문헌: <최무영의 과학이야기> 물리학의 범위

물리학의 방법으로서 이론 체계를 일반적으로 역학(mechanics)이라고 하는데, 이는 크게 동역학과 통계역학으로 나눌 수 있다. 그 밖에 장이론을 추가할 수도 있다.

5.5. 분야별 연구 규모

파일:2016물리학회회원.jpg
▲ 2016년 12월 31일 기준 한국물리학회 회원의 분과영역 분포

참고로 국내 물리학계는 응집물질 물리학, 반도체 물리학 연구에 많이 종사하고 있다. 이들 분야는 산업적 응용성이 크기 때문에, 정부나 산업계로부터 연구 지원이 많은 편인데, 이는 이들 분야에 연구인력이 많은 이유 중의 하나이기도 하다. 한편 잘 모르는 사람들은 초끈이론이니 루프 양자 중력 이론이니, 우주론 · 암흑에너지 · 암흑물질이니 하는 것들에 비해 이쪽 분야 연구는 별 것 아닐 것 같이 느껴질는지 모르겠지만, 그렇지 않다. 고온 초전도체부터가 아직 완전히 설명되지 않았고, 유체역학에서의 난류처럼 카오스 이론을 적용해야 하는 복잡계의 문제들도 아직 설명되지 않았기 때문에 이쪽 분야들도 굉장히 어렵다. 물론 양자역학을 많이 다루는 입자물리나 천체물리 같은 분야가 좀 더 물리학의 근본적인 분야이긴 하지만, 다른 분야 들도 아직 미해결 문제가 많고, 입자물리나 천체물리 못지 않게 복잡하기 때문에 응집물질이나 반도체 같은 물리분야를 깎아 내리는 말은 절대로 하지말자.

6. 역사


현대적 의미의 물리학은 19세기 중엽에 역학, 광학, 음향학, 전기, 자기, 열, 물질의 물리적 성질 등의 여러 오래된 과학을 종합해 형성되었다. 원래 근대 이전의 과학은 세분화되지 않고, 소위 자연학(Φυσικὴ, 퓌시케) 또는 자연철학이라는 이름 하에 자연의 모든 것을 그 연구 대상으로 삼았다. 그런데 르네상스기를 지나고 17세기에 들어서서, 자연학은 급속히 진보하여 화학을 비롯한 천문학, 지질학, 광물학, 동물학, 식물학 등이 독립하였다. 그리하여 자연학에 남아 있는 것은 (고전)역학, 광학, 열학, 음향학 등이었는데, 이것들과 나중에 흥하게 된 전자기학이 함께 묶여서 19세기 중엽에 물리학이라는 이름으로 불리게 되었던 것이다. (그리고 이후 원자에 관한 지식이 증가하면서 양자 역학이 물리학에 추가되었다.) 사실 '물리학자(physicist)'라는 말이 W. 휘웰에 의해서 만들어진 것은 1840년의 일에 지나지 않는다.

6.1. 자연철학의 시작

인간은 옛날부터 자신들이 살고 있는 자연에 대하여 많은 의문을 품어왔다. 만물은 무엇으로 되어 있을까? 자연 현상은 왜 일어나는 것인가? 누군가는 종교에 의존하고, 누군가는 철학에 의존하였으며, 미신에서 벗어나기 시작한 옛 지식인들은 그럴 듯한 설명을 내놓기 시작했다. 유학은 세상을 덕으로, 도가는 세상을 도로 설명하며, 힌두교는 윤회와 여러 신, 이집트 역시 번개, 구름, 강, 태양의 신 등을 내놓아 설명하기 시작했고, 그리스 역시 이를 따르다 결국 인도와 중국처럼 철학자들의 시대가 도래했다.

그중 한 서양의 철학자, 아리스토텔레스는 이러한 질문들에 대한 답을 꽤 그럴듯하고 구체적으로 만들어냈다. 그의 논리를 따르면, 움직이는 물체는 아무런 이 작용하지 않는다면 결국 정지하고 만다. 또, 더욱 완전한 영역인 천체들은 영구적인 원운동이 정상적이며 이러한 운동을 하는 데 아무런 힘이 필요하지 않다는 것이다.[16] 현대의 우리는 그를 비웃지만, 그는 그 나름대로 논리적인 해석을 한 것이다. 그 당시에는 마찰력과 공기저항의 존재를 몰랐으며, 천체는 특별한 수단이 없이 그 자리를 계속해서 돈다. 이러한 아리스토텔레스의 해석은 한동안 묻혔으나[17] 그리스인들이 보존한 저서들이 십자군 전쟁 이후 서유럽에 다시 전해졌는데, 당시 엄청난 센세이션을 일으켰을 정도로 나름대로 자연에 대한 통찰이 가득했고,[18] 아리스토텔레스의 해석은 근대과학이 태동하기 전까지 서양 세계에서 지배적인 자연관(우주관)의 위치를 차지하였다.

6.2. 뭔가 이상한데?

16세기 후반에서 17세기 초, 처음으로 운동을 설명하기 위해 관성의 개념이 창안되어 도입되기 시작했다. 데카르트 갈릴레이. 데카르트는 물체가 운동할 때 '관성'으로 인해 원 위가 아닌 직선의 경로를 따라 운동한다고 믿었다. 그는 전통적인 아리스토텔레스의 사고를 벗어나 오직 자신의 사고만을 믿을 수 있다고 생각했다. 따라서 그는 천체의 원운동에는 어떠한 물리적인 힘이 가해진다고 생각했는데, 그게 뭔지는 몰랐다. 그는 그 힘이 '앞으로 몰아가는' 힘이 아니라 '안쪽으로 잡아당기는' 힘인 것을 상상해내지 못한 것이다. 결국 그는 공간을 채우는 에테르라는 물질의 소용돌이에 의해 천체들이 원운동을 한다고 믿게 됐다.

반면 갈릴레오는 데카르트의 100% 사고실험이 아닌 실험 결과와 명백한 논리에 의거하여 점차 뉴턴의 운동법칙에 근접해갔다. 진자의 주기가 진폭에 상관없이 일정하다는 사실을 밝혀 냈으며[19], '무한히 미끄러운' 평면에서는 물체가 정지하지 않고, 멈추려면 오히려 힘이 필요하다는 사실을 추론해냈다. 하지만 이것이 한계였다. 그의 시대에서 자연에 대한 세계관은 과학적 발견과 상관 없이 전지전능한 조물주의 음악에 발맞추어 행진하는 피조물이었으며[20], 직선운동도 궁극적으로는 원운동을 하게 됨으로써 질서를 갖춘다고 보았다. (Fowles의 해석역학 참조.)

6.3. 역학의 완성

결국 고전역학의 완성자 아이작 뉴턴이 나타났다. 그는 지상에 흩어져 있는 물리학 지식의 파편들을 모아 세 가지 법칙을 만들었다. 뉴턴은 지금까지의 모든 관찰 결과들이 이 세 가지 법칙을 만족한다는 사실을 깨달았고, 이를 프린키피아 세 권에 담았다. 그의 방법을 이용하면 물체의 초기 조건을 아는 경우 그 후 물체가 어떻게 운동할 것인지를 알아낼 수 있다. 하지만 단점이 하나 있는데, 물체가 왜 그렇게 운동하는지를 모른다는 사실이다. 뉴턴 자신도 이를 인정했으며, 그는 물체가 왜 이렇게 운동하는지에 대해서는 전혀 언급하지 않았고 단지 이렇게 계산하면 결과가 실제와 정확하게 일치한다는 것을 보였다. 뉴턴 이전에 철학의 한 부분이었던 물리학을 뉴턴 이후에는 수학의 언어로써 인간이 이를 쉽게 다룰 수 있게 했다.

6.4. 역학 이외의 물리학 - 물리학의 완성?

뉴턴이 고전역학을 시작해서 마무리짓고, 광학을 개발했다. 이는 곧 자연을 탐구하는 모든 학문과 계몽사조에까지 거대한 영향을 미쳤다. 곧 많은 철학 분야에서 뉴턴주의를 지향, 뉴턴의 방법론을 시도해보기 시작했으며, 심지어는 화학 역시 뉴턴의 계량적 사조에 큰 영향을 받았다. 그 뒤로 열역학이라는, 뚜렷이 고전 역학과 다른 신묘한 분야가 개발되기 시작했고, '칼로릭 이론'이라는 틀린 이론을 통해 시행착오를 겪은 뒤 카르노의 원리 등을 시작으로 에서도 제대로 된 물리학적 고찰이 이어지기 시작했다. 이는 열역학 제1법칙과 열역학 제2법칙을 통해 정량적인 열역학 개념을 완성해 나갔다. 천체역학, 고전역학이라는 수학분야, 광학이라는 실험분야와 함께 열역학이라는 또 하나의 물리학 분야가 탄생한 것이다.

열역학이 탄생한 뒤는 물리학에는 당시만 해도 다른 학문으로 취급받았던 두 가지 다른 분야가 탄생했다. 하나는 천체역학, 유체역학, 고전역학 등 완전수학화가 이루어져 연구가 끝나가던 수학분야. 또 하나는 열, 빛 자기, 전기 같은 산만한 지식에 대한 단편적인 실험을 통한 학문이었으며, 그마저도 실험과학이라고 부르기 애처로운 수준이었다고 한다. 전혀 달라보였던 두 학문은 수학화를 통해 점진적으로 하나라는 인식을 가지게 되었으며, 특히 에너지라는, '본질적으로 같은 의미'라는 생각을 할 수 있게 만들어준 개념이 큰 역할을 했다고 한다. 전자기학 역시 맥스웰이 전자기학을 확립하며 물리학계는 침체기를 맞았다. 더 이상 딱히 할 게 없다! 지구 상의 모든 연상 가능한 경우에 대하여 지금까지 발전되온 법칙들을 쓰면 돌의 충돌부터 지구의 공전까지 설명되지 않는 것이 없다. 19세기의 물리학자였던 켈빈은 "이제 물리학자들이 할 일은 소수점 아래 자리를 늘리는 것입니다"라는 말을 남겼다. 인간은 드디어 자연을 발 아래에 둔 것인가?

6.5. 상대성 이론과 양자혁명

...그리고 19세기 프로이센. 보불전쟁은 끝났지만 아직도 과학기술의 주도권은 프랑스에게 있었다. 그러나 알자스 로렌도 먹었겠다, 독일 제국의 황제는 철강산업을 포함한 모든 산업기강을 발전시키려고 했다. 그가 과학자들에게 가장 처음 명한 것은 "저 망할 용광로의 온도를 어떻게 재는가?"에 대한 답. 물리학자들이 내놓은 대답은 쉬웠다. 온도계를 못 넣는다고? 그럼 스펙트럼을 측정하면 되지. 이 대답과 함께 과학자들은 흑체가 내놓는 스펙트럼과 온도의 관계에 대해 연구하기 시작한다...

문제는 흑체에서 시작되었다. 흑체가 방출하는 빛을 파장에 대하여 줄세우면, 고전물리학에 따르면 파장이 짧아질수록 그 양이 무한대로 치솟아야 한다. 이건 애초에 결론 자체가 비현실적인 데다[21], 실제 실험값은 파장이 길 때는 잘 맞지만, 짧을 때는 오히려 더 0에 근접해간다! 물리학의 모토가 무엇인가? 틀리다고 증명될 때까지 믿는다. 이제 그 믿음을 깨야 할 때가 왔다.

막스 플랑크는 이 현상을 양자라는 개념의 도입으로 설명해냈다. 에너지가 양자화 되어 있다고 가정하고 그래프를 그려보니 실험결과와 일치했다. 근데 뭐? 에너지가 연속적이지 않다고? 플랑크 자신도 그 결과를 인정하지 못했다고 한다.

한편, 맥스웰은 자신이 정리해서 발표한 4개 방정식으로부터 빈 공간에서의 전자기 유도에 의한 결과물이 파동이고, 그 속도가 1/ϵ0μ01/\sqrt{\epsilon_0 \mu_0} 로써 알려진 빛의 속도와 일치한다는 것을 알게 되고, 빛의 본질이 전자기파라는 것을 밝혀낸다. 또한, 하위헌스를 비롯한 과학자들은 빛이 회절한다는 사실을 밝혀냈으며, 빛은 파동이라고 믿게 된다. 그런데, 아인슈타인이 광전효과에 관한 논문을 제출함으로써 빛이 입자라는 사실을 입증해냈다. 그 뒤에 이어지는 수많은 물리학자들의 밤샘연구를 딛고 결국 빛은 파동성과 입자성을 동시에 지닌다는 사실로서 인정이 된다.

빛이 파동성을 지니기 때문에 그 당시 이론으로는 분명 우주는 진공이 아니라 다른 물질로 채워져 있어야만 했다. 따라서 지구의 자전/공전방향을 생각했을 때 빛의 속도는 측정하는 방향에 따라 분명 차이가 날 것이라고 생각했다.[22] 이를 생각한 것이 마이컬슨과 몰리였고, 유명한 뮤츠의 실험[23]을 전 세계를 돌아다니며 했지만, 결국 빛의 속도가 항상 일정한 것으로 보아 지구와 태양 사이는 진공이고, 에테르가 없다는 결론을 얻는다.[24] 이때, 아인슈타인은 이 실험 결과를 통해 새로운 해석을 하게 되는데, 이것이 특수상대성이론의 시발점이다. 아인슈타인은 '빛의 속도는 진공에서 어느 관성계에서나 c다', '물리법칙은 모든 관성계에서 동일하다'라는 두 가지 가정을 통하여 특수상대성이론을 발표한다. 또 이를 발전시켜 ' 중력질량 관성질량이 같지 않은 예외가 하나도 없으니 우리 그냥 같다고 보자'라는 가정으로 일반상대성이론을 발표한다. 자세한 내용은 상대성 이론 참조.

후에, 드브로이는 '어 그러면 입자도 파동이겠네?' 하고(물론 식 유도도 하고 논문도 썼다.) 입자의 파동성을 제안한다.[25] 그리고 실제로 전자도 회절무늬가 생겼다. 결국 물질은 분자, 이온이 무극성분자와 이온결합 사이의 어떠한 상태이듯이 입자와 파동 사이의 어떠한 상태라고 결론짓게 된다. 특히 입자 중에서 질량이 작은 전자는 파동의 성질이 두드러지게 나타난다. 보어는 이 사실을 이용하여 '전자의 각운동량이 양자화되어 있다(또는 정상파조건을 만족해 에너지 손실이 없다)'라는 가정을 바탕으로 수소원자의 선스펙트럼을 정확하게 설명해낸다. 특별히 유도해낸 결과가 아니라 '이렇게 될 것이다'라는 가정에서 출발하여 얻은 실험적 결과다.

슈뢰딩거는 드브로이의 의견에 따라 전자를 파동으로 다루어 파동함수라는 새로운 함수를 도입, 파동함수를 구하는 방정식을 유도해냈다.[26] 이것이 슈뢰딩거 방정식이다. 그러나 슈뢰딩거의 의도와는 다르게 이 파동함수가 의미하는 것이 있었다. 막스 보른은 파동함수를 확률함수라고 새로운 해석을 하였고, 파동함수가 각각의 에너지 상태에 존재하는 전자가 있을 수 있는 확률밀도함수를 의미한다고 생각하였다. 그 후 파동함수의 절댓값의 제곱(참고로 파동함수는 복소수다.)이 입자가 그 위치에 존재할 확률밀도함수라는 코펜하겐 해석을 받아들였고, 운동량연산자와 위치연산자를 들이대는 순서에 따라('측정하는 순서에 따라'로써 해석이 가능하다.) 결과가 달라지는 것을 보고 하이젠베르크 불확정성의 원리가 발표되었다.[27] 그 후에 폴 디랙이 특수상대론과 양자역학을 결합해 디랙 방정식을 만들었다. 하이젠베르그의 행렬을 이용한 해석법[28]과 슈뢰딩거의 파동함수를 이용한 해석법을 정리하여 양자역학이라는 이론으로 정리됐다.

6.5.1. 현대 물리학

현대 물리학은 소립자와 그 소립자 간의 상호작용을 다루는 표준 모형과 중력을 상대론적으로 기술하는 일반상대성이론이 토대를 구성하고 있다. 표준 모형은 상대론적 양자장론으로 기술되는데 미시적인 현상을 다루는 데 효과적이나 중력을 포함하고 있지 않다.[29] 일반상대론은 양자역학적이지 않은 고전적인 이론으로 거시적인 중력현상을 잘 설명하여 작게는 GPS위성 신호의 중력편이에서부터 크게는 우주론에까지 응용된다.

물리학자들은 두 토대를 따로 적용하거나 제한적인 조건에서 적당히 결합하는 것으로 아주 잘 맞는 결과들을 얻어왔다. 그러나 이 둘을 동시에 제대로 적용하는 방법 즉 양자역학적인 중력이론인 양자중력이론은 아직 없다. 따라서 이 둘을 동시에 제대로 적용해야하는 블랙홀의 특이점이나 우주론에서 거론되는 빅뱅 직후의 우주 같은 극단적인 고에너지 미시현상들은 아직 제대로 연구 할 수가 없다. 양자중력 이론의 부재는 물리학의 최종 목표인 "하나의 이론체계로 최대한 많은 것을 설명하는 것"에 이르는 길목에 자리한 거대한 장애물이라 할 수 있다.

쉽게 생각 할 수 있는 접근 방법은 중력을 잘 알려진 양자장론의 체계로 기술하는 것인데 이를 시도하면 재규격화가 불가능한 이론이라 현재로선 이 이론을 이용하여 의미있는 값을 얻을 수 없다. 따라서 물리학자들은 다른 방법을 시도해왔다. 이 시도들 중 비교적 잘 알려진 것이 초끈이론이니 루프 양자 중력 이론이니 하는 것들이다. 양자중력 문제외에도 암흑물질이나 암흑에너지에 대한 이론을 찾는 것 역시 현대 물리학의 주요 과제다. 또한, 천문학에는 물리학이 설명하지 못하는 미스테리가 남아있으며, 암흑물질이나 암흑에너지의 발견을 비롯하여, 코로나 문제 같이 아직 완전히 풀리지 않은 문제가 산재해 있다.

한편 이처럼 아직 확립되지 않은 새로운 이론을 연구를 하는 건 전체 물리학자들 중에서는 소수이고, 다수의 물리학자들은 이미 확립된 이론을 이용해 알려진(혹은 관측된) 현상을 논리적으로 설명하고, 새로운 현상을 예측 및 발견하는 연구를 한다. 그런데 이건 지극히 자연스러운 모습이다. 과학철학자이자 물리학 박사인 토마스 쿤이 얘기했듯이, 원래 대부분의 과학자들은 과학자 사회에 어떤 패러다임[30]이 정착된 이후에는 그 패러다임을 이용하여 각종 문제를 푸는 활동[31]에 종사하는 사람들이지, 새로운 패러다임을 찾으려는 사람들이 아니다. 다만 문제풀이 활동 중, 기존 패러다임으로는 도저히 풀리지 않는 현상이 발견됐을 때[32], 비로소 새로운 패러다임을 찾으려는 소수의 사람들[33]이 등장하고, 그 시도가 성공하면 소위 과학혁명(패러다임 시프트)이 이루어지는 것이다. 따라서 물리학자들 대부분이 새로운 이론(새로운 패러다임)을 만드는 연구보다는 기존 이론(현재의 패러다임)을 가지고 각종 현상을 예측 및 설명하는 연구에 종사하는 것은 토마스 쿤의 설명에 의하면 지극히 자연스러운 모습이다.

현대에 와서는 물리학의 방법론이나 물리학적 사고방식이 전통적인 자연과학이 아닌 분야에 영향을 끼치기도 했다. 예를 들어 미시와 거시영역 중간에 걸쳐있고 많은 입자를 통계적으로 다루며 이전의 열역학을 확장한 분야인 통계역학에서 나온 엔트로피 개념이 정보이론에 연결되며 빅데이터나 네트워크 구성, 파일 압축이론 등에도 사용된다. 이런 걸 제외하더라도 현재 양자역학의 표준 해석이 확률론적이기 때문에 직접은 아니더라도 연관될 수밖에 없다.

어떻게 보면 아이러니하지만 세계에 대한 이해 방식으로서의 물리학은 형이상학적 질문의 토대가 된다. 이론 자체가 갖는 의미에 대해서도 탐구가 필요하며, 이 부분은 과학철학이지만 일부 물리학 전공 교수들은 부전공으로 이쪽을 파기도 한다. 양자역학의 그 말할 수 없는 모호함과 이것이 가져오는 현실의 의미에 대한 혼란은 철학적으로도 아주 좋은 연구 주제가 된다.

7. 교육과정

보통 고등학교 2학년 때부터 이과생이 전문적으로 배우기 시작하는데 수학과의 연관성이 상당하다. 그래서 수포자들은 당연히 피를 본다. [34] 물포자 문제가 있는데 물포자와 비슷한 말로 물안개(새끼야)를 외치는 학생들도 많이 나오고, 일부 선생들에겐 ' 제물포', 즉 (쟤) 때문에 기란 별명이 많이 붙는다고. 고등학교, 대학교에서 물리학-수학 관계가 어떤지는 해당 문서 참조바람.[35]

기계공학, 전자공학, 재료공학, 항공우주 및 조선공학 등 공학의 많은 영역들도 물리학을 기반으로 깔고 있다. 화학공학도 언뜻 보면 화학 위주일 것 같지만 오히려 열역학, 유체역학 등 물리학이 더 중요하게 다루어진다. 실제로 물리화학이라는 과목도 있을 정도. 요새 뜨고 있다는 나노공학[36] 역시 깊게 들어가면 물리학을 만나게 된다. 심지어 컴퓨터공학이라도 물리학과 관련이 있다.[37] 즉 웬만한 공과대학에 들어간 자체가 물리학과 운명공동체가 된다는 것이다. 따라서 물리학을 학부에서 전공한 사람은 대부분의 공학 계통 대학원에서 대환영을 받는다. 물론 실력이 그저 그렇다면 빛 좋은 개살구가 되겠지만.

국내에서 주관하는 물리학 관련 시험엔 한국물리올림피아드, 물리인증제 등이 있다.

7.1. 중고등학교 과정

7.2. 대학 학부과정( 물리학과)

1학년
2학년
3학년 그 외 학교에 따라서는 유체역학을 전공심화과정으로 배운다.
고전역학, 전자기학, 양자역학, 열통계물리학을 모두 배웠다면 4학년 과정과 대학원 과정을 이해할 기반이 다져졌다고 보면 된다.

4학년
그리고 대부분의 물리학과에는 4학기에 걸친 실험물리 과목이 포함되어 있다.

8. 관련 어록

"Oppenheimer, they tell me you are writing poetry. I do not see how a man can work on the frontiers of physics and write poetry at the same time. They are in opposition. In science you want to say something that nobody knew before, in words which everyone can understand.
오펜하이머, 당신이 시를 쓴다고 들었습니다. 어떻게 물리학의 최전방에서 연구하며 시를 쓸 수 있는지 모르겠습니다. 둘은 정반대입니다. 과학에서는 전에는 아무도 이해하지 못했던 것들을 모두가 알아들을 수 있는 말로 전달합니다.
- 폴 디랙(Paul Dirac)
All science is either physics or stamp collecting.
물리학 외의 과학은 우표수집에 불과하다.[42]
- 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford)

9. 각종 오해와 통념들

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10. 물리학자들

파일:external/writescience.files.wordpress.com/solvaycolored.jpg
1927년 5차 물리학 솔베이 회의. 이 사진 안의 30명 중에서만 노벨상 수상자가 17명''[46]'이다.[47]자신의 이름을 딴''' 정리 혹은 현상을 가지고 있으며 각 분야의 전공 교과서에 모두 이름이 실려있다.] 게다가 이 사진 안에 찍히지 않은 사람들도 많다. 그래서 이 사진은 간혹 세계 최강의 정모.jpg(이름, 설명 첨부)라는 이름으로 돌기도 한다.
해밀턴
베르누이

10.1. 가상의 물리학자들

이상하게도 물리를 전공했다는 설정을 지닌 캐릭터 중엔 전투종족이나 매드 사이언티스트나 뭔가 나사 하나빠진 천재 등으로 그려지는 경우가 많다. 물리학자 캐릭터들은 과학자지만 특이하게 흰 가운을 입은 모습이 거의 나오지 않고 평상복이나 정장, 강화복 등을 입는다는 게 특징이라면 특징. 이건 현실에서도 마찬가지인데, 반도체 쪽으로 가지 않는 한 옷에 뭔가 튀거나 하는 일이 없고, 반도체쪽은 어설프게 차단하는 가운이 아니라 몸 전체를 감싸는 방진복을 입기 때문에 별로 인연이 없는 까닭이다. 실제로도 물리학과 학부 과정에서는 실험복은 1학년 때 배우는 일반화학 실험 시간에나 입는 아이템으로 취급해 버린다.

10.2. 관련 문서

11. 여담


[1] 여기서의 설명은 알려진 현상에 대한 설명뿐만 아니라, 알려지지 않은 현상에 대한 예측(예: 상대성 이론을 통해 중력파의 존재 예측) 및 그 예측을 관찰이나 실험을 통해 확인하는 활동까지 포함한다. [2] 이에 대한 보다 상세한 내용은 아래 '다른 자연과학과의 본질적 차이' 문단을 참조 바람. [3] 이에 대한 보다 상세한 내용은 '궁극적 목표' 문단을 참조 바람 [4] 물리학자들은 이것을 힘이라고 부른다. [5] 즉, 모든 자연 현상은 물질의 운동이라는 관점에서 기술할 수 있다고 본다. [6] 물질의 기본 구성요소, 물질 간 상호작용, 성질 등 [7] 그런데 사실 상대성이론에 의하면 장과 물질은 본질적으로 차이가 없다. 물질이 있으면 그 주위에 중력장이니, 전자기장이니 하는 장을 만들고, 반대로 그러한 장은 물질의 운동을 결정한다. 물질과 장은 떼려야 뗄 수 있는 것이 아니다. 특히 장도 에너지를 가지고 있으며, 상대성이론에 따르면 장에서 물질이 없어질 수도 있고 생겨날 수도 있다. 물질도 에너지에 불과하다.(E=mc^) 결국 에너지가 질량(물질)이라는 형태로 있는지 다른 형태로 있는지의 차이일 뿐이다. [8] 홍성욱 교수는 학부에선 물리학을 전공하였다. [9] 렙톤(전자, 중성미자 등), 하드론(양성자, 중성자), 쿼크, 게이지입자(광자, 중력자, 글루온 등) [10] 수많은 원자나 분자가 모여서 우리의 감각기관으로 인지할 수 있는 물질을 이루는데, 이것을 응집물질(condensed matter)이라고 한다. 생물체도 응집물질에 속하며 생물체와 같은 무른 물질(soft matter)만을 다루는 분과도 독립하는 추세. [11] 이는 대부분의 물리학 교과서(특히 일반물리학 교과서)에 물리학의 정의 및 다른 자연과학과의 관계에 대한 논의가 없거나, 있어도 아주 간략해서 불충분하거나, 혹은 이 부분을 학습자들이 소흘히 하거나, 아예 학습하지 않고 넘어가는 탓이 크다. 하지만 과학철학에서는 물리학의 정의가 물리학과 다른 자연과학과의 관계 및 환원주의 논의와 맞물려 중요한 개념이 된다. [12] 참고로 substance에는 '물질'이라는 뜻도 있지만, 물리학에서 물질이라는 의미를 말하고자 할 때는 matter라는 단어를 주로 쓴다. 즉 물리학에서는 substance는 실체, matter는 물질이라고 번역하면 된다. [13] 정작 본인은 노벨 화학상을 수상했다. 노벨 우표수집상 본인도 이를 배우 불편해 했다고.. [14] 예: 은하, 우주처럼 질량이 아주 큰 세계 [15] 뉴턴의 운동법칙(고전역학), 양자역학, 상대성이론, 통계역학 등 [16] 실제로는 만유인력이 구심력으로 작용한다. [17] 일단 아리스토텔레스의 인기부터가 고대 로마 때도 플라톤보다 떨어졌고, 저서의 상당수가 손실되어 지금도 전해내려오지 않는다. 우리가 읽는 건 소수의 강의노트 뿐. [18] 당장 큼지막한 예시만 들더라도, 달에 비친 지구의 그림자를 통해 지구가 둥글다는 것을 설명한 사람이 아리스토텔레스다. 절대로 무식한 옛날사람A가 아니다. 심지어 서유럽에서 과학혁명이 터진 것도, 아리스토텔레스에 의해 포텐이 차곡차곡 쌓였기에 가능하다는 설명도 가능하다. [19] 실제로 이는 최대진폭이 작을 때 성립한다. [20] 당연한 말이지만, 요즘에는 이런 비과학적인 방식으로 사고하는 정통 과학자는 없다. 이런 방식으로 사고하는 과학자들이 있긴한데, 그런 과학자들을 사이비 과학자 라고 부른다. 하지만 이런 학자들은 매우 소수에 불과하다. [21] 이 말은 즉 일상적인 온도의 흑체에서 적은 양의 적외선, 좀 더 많은 양의 가시광선, 아주 많은 자외선, 당장 사람을 태워죽일 만큼 많은 X선이 뿜어져 나올 거라는 뜻이다. 물론 실제와 다르다. [22] 강에서 배가 이동하는 것을 생각하면 된다. 배가 물이 흐르는 방향과 같은 방향이면 빠르게 이동할 것이고, 반대라면 천천히 이동하는 것과 같이 에테르의 흐름에 따라 분명히 차이가 날 것이라고 예상할 수 있다. [23] 마이컬슨 간섭계를 이용해 회절무늬 개수의 차이를 통해 빛의 파장을 계산할 수 있고, 이를 통해 빛이 파동이므로 빛의 속도를 계산 할 수 있다. [24] 정확하게는 마이켈슨 몰리는 에테르가 있다고 믿었지만 예상치인 sin 그래프에 비해서 실험값은 너무 다르게 나와서 이상하다는 결론을 내렸다. [25] 드브로이는 당시 귀족이었는데, 그 당시 귀족들은 돈은 많고 할 일이 없어 수학과 물리를 취미생활로 즐겼다. 많은 과학자들이 드브로이의 입자의 파동설이 현대 물리에 없어서는 안 될 중요한 것이라고 생각하지만, 엄청난 발견이 아닌 언젠가는 발견되었을 만한 것이라는 부분에 동의한다. [26] 슈뢰딩거 방정식의 파동함수를 이용하면 파동함수를 푸리에변환을 통해 공간함수와 파동함수 차원으로 바꿀 수 있기 때문에 해석이 용이해진다. [27] 이를 보고 아인슈타인은 '신은 주사위 놀음을 하지 않는다.'라는 유명한 말을 남겼다. 슈뢰딩거 역시 이 의견에 반대했는데, 결과적으로는 현대물리를 설명하는 데 굉장히 중요한 이론이 되었다. [28] 사실 우리가 알고 있는 슈뢰딩거의 해석법이 나올 당시 하이젠베르그도 독자적으로 행렬을 통하여 파동함수를 기술하는 방법을 이용하여 한창 논쟁이 됐었다. 하지만 결과적으로 두 가지 해석법은 방법만 다를 뿐 같은 내용이라는 게 밝혀지면서 논란이 종결됐다. 양자역학 입문 시에는 비교적 익숙한 수학적 테크닉으로 슈뢰딩거 방정식을 이용하지만, 스핀 등의 물리량은 슈뢰딩거의 방법으로 표현하는 데 어려움이 있어 하이젠베르그의 행렬을 이용한 해석법도 반드시 필요하다. [29] 중력을 고전적 혹은 준고전적으로 포함하는 것은 가능하다. 호킹 복사가 그 결과의 대표적인 예. [30] 정확한 설명은 아니지만, 대략적으로 이해하고자 한다면 '근본 틀' 또는 '근본 이론'이라고 생각하면 된다. [31] 즉, 패러다임을 이용해 알려진 현상을 설명하고, 새로운 현상을 예측하는 활동을 말한다. 토마스 쿤은 이를 퍼즐풀이(puzzle-solving)이라고 했다. [32] 예컨대 고전역학(이것도 패러다임이다)으로는 수성의 근일점 이동 현상을 도저히 설명할 수 없었다. [33] 예컨대 상대성이론이라는 새로운 패러다임을 제시한 아인슈타인 [34] 다만 고등학교 수준의 물리에서는 물리학 용어들의 의미를 제대로 파악하고 이 용어들이 어떻게 유기적으로 연관되어서 자연 현상을 현상하는지를 이해하는 것이 가장 중요하다. [35] 이 두 과목은 연관성이 매우 깊지만 바라보는 관점은 약간 다른데, 수학은 특정 개념을 기반으로 문제들을 논리적으로 해결하는데 초점이 맞추어져 있고, 물리는 만물의 자연현상과 이치를 탐구하는데 초점이 맞추어져 있다. [36] 미세한 세계를 다루는 이 "나노공학"이라는 분야는 사실 새롭게 나타난 하나의 독립된 분야가 아닌, 분야를 초월한 일종의 학문적 트렌드라 봐도 무방하다. 그 근거로 나노 관련 연구실을 물리, 화학, 재료, 기계, 전자 등의 수많은 학과에서 볼 수 있다는 점을 들 수 있다. [37] 물론 소프트웨어만 주야장천 파겠다면 전자공학 등 보다는 물리학과 연관성이 약할 수는 있지만, 하드웨어에 대한 제대로 된 이해가 없다면 삼류 프로그래머로 머물 뿐이다. 게다가 당장 네트워크에 대한 공부부터가, 신호 등에 대한 물리학적 이해가 없다면 힘들다. [38] 2009 개정 교육과정 까지는 물리1 [39] 2009 개정 교육과정 까지는 물리2 [40] 학교에 따라 3학년 과정으로 편성하는 경우도 있으며, 2~3학년에 걸쳐서 편성하기도 한다. (예: 2학년 2학기~3학년 1학기) [41] 수준 문제로 재료공학과, 전자공학과 2학년 전공에서 현대물리학이 개설된 경우도 있다. [42] 정작 자신은 노벨 화학상을 받았다. [43] 단, 피사의 사탑 실험을 실제로 행하지는 않았다고 한다. (실제로 행한건 소수의 발명자기도 한 네덜란드 시몬 스테빈이었다.) [44] 고도가 높아지고 있으므로 중력이 약간 감소하긴 하겠지만… [45] 청색편이에 의해 대상이 빨리감기처럼 관측되겠지만, 실제 거리와 빛의 도착 시간을 고려하여 물체의 시간 흐름 속도를 측정하면 오히려 시간이 느려지고 있다는 결과를 얻게 된다. [46] 노벨물리학상이 15개, 노벨화학상이 3개이다. 수상자는 17명인데 노벨상 개수가 18개인 것은 두말할 것도 없이 퀴리 부인 때문. [47] 그렇다고 이 사진 안의 인물 중 노벨상을 못받은 사람들이 대단하지 못한건 아니다. 노벨상을 받지 못했어도 각자 [48] 임의의 연산자의 기대치가 시간에 따라서 어떻게 변하는지에 대한 공식. [49] 양자역학을 대수적으로 접근할 수 있는 도구를 제공. [50] 전자가 하나의 에너지 준위에 두 개까지만 배열될 수 있음. 후에 입자물리학 발전과 함께 페르미온의 배열에 관한 규칙으로 확장된다. [51] 고체물리학에서는 슈뢰딩거 방정식과 비슷한 위상을 지니고 있다고 해도 과언이 아니다. 이거 하나로 인해서 전 세계의 고체물리학과와 계산화학과의 연구실에서 계산해야 할 데이터가 몇분의 1에서 몇 십분의 1 수준으로 줄었다. 당장 이게 널리 쓰이고 있는 물건이 있는데, 바로 LED다. [52] X선을 전자에 입사시켜 X선과 전자를 검출한 실험. 빛의 입자성을 뒷받침하는 대표적 실험이다. [53] 다만 그 당시엔 가설에 불과했던 것을 아인슈타인 등 몇몇 사람의 지원 덕에 노벨상을 받았다고 보는 시각이 있다. [54] 다만 물질파 가설이 보어 원자모형에서 가정한 안정된 전자궤도를 예측하는 데 핵심적인 역할을 했고 이후 수소 스펙트럼 분석을 통해 예측이 맞았음이 검증된 걸 고려하면 충분히 노벨상을 수상할 만하다. [55] 그가 물리학을 선택한 시기는 뉴턴역학을 기초로 한 고전역학이 완성단계에 접어들어 한 과학자는 이제 흑체복사 에테르(빛의 매질)만 해결하면 물리학은 끝이라고 할 정도였다. 그러나 흑체복사의 이론전개에서 모든 파장영역(=무한한 빛)이 나오는 걸 플랑크가 불연속적인 에너지 단위인 양자를 도입해서 해결했다. [56] 여러 과학자들이 빛의 매질로 생각했던가 나머지 하나인 에테르를 파고들다가, 광속불변을 기본으로 한 상대성 이론으로 200년 동안 유지되어 온 절대 시공간 개념과 갈릴레이의 상대성 개념을 뒤집었으며, 광전효과 이론을 통해 빛의 에너지가 실제로도 양자화되어 있다는 것을 밝혀냈다. (맥스웰이나 플랑크 등에 의해 문제가 제기되고는 있었지만 정면으로 뒤집을 생각을 한 것은 아인슈타인이 처음) [57] 브라운 운동 - 통계역학, 광전효과 - 양자역학, 상대성 이론 - 상대성 이론 [58] 이와 관련된 아인슈타인의 발언이 "신은 주사위를 굴리지 않는다" [59] "파인만의 물리학 강의" 라고도 불린다. [60] 초끈이론에 필요한 11차원 중 4차원 시공간을 제외한 나머지 차원이 작은 범위에 압축돼있다는 이론 [61] 에너지는 두 물체가 상호작용하는 데 걸린 시간을 모를 때 그 두 물체가 상호작용한 양을 구하기 위해서 상정된 개념으로, 결론적으로 운동량 또는 힘으로 계산될 수 있다. 그리고 토크는 회전운동을 힘으로만 표현하기에는 표현에 어려움이 있어 힘과 거리의 외적으로 정의된 개념이며, 라디안과 함께 도입하면 회전 운동을 쉽게 설명할 수 있다. [62] 일반물리에서도 강조하는 게 아인슈타인 이후 현대 물리학으로 뉴턴의 운동법칙 설명하는 것이다. [63] 다만 미적분학은 비슷한 시기에 라이프니츠가 거의 동시에 발표해 뉴턴만의 업적은 아니다. 각자 독립적으로 연구했지만 현대 미적분학에의 기여분은 동등하다고 본다. [64] 상기되어 있듯이 그는 '물리학 이외의 과학은 모두 우표수집'이라고 한 적이 있다. [65] 당시엔 아리스토텔레스의 행성 궤도는 가장 완전한 도형인 원이라는 이론을 믿고 있었다. [66] 최종국적은 미국이다. [67] 전자기학의 대부분의 내용을 이 사람이 만든 4개(혹은 매질에 따른 변화까지 8개)의 방정식인 맥스웰 방정식으로 요약할 수 있다. [68] 현재 아마노가와 학원 고등학교의 교장이지만, 물리학 박사 학위를 가지고 있으니 여기에 포함. 그리고 이쪽은 전투종족수준이 아닌 괴인이다. [69] 키자키 마사노리가 조사한 내용에 따르자면 직업은 물리학자이니 여기에 해당한다. [70] 사실 동일인물이다. [71] 록맨 & 포르테의 데이터베이스에서 좋아하는 것이 물리학으로 나온다. [72] 물리학자로 정확히 명시되지는 않았지만 트레이서의 시간가속장치 제작자로 시공간 제어에 관한 이해수준이 매우 높다. 시그마의 블랙홀 연구와는 관심 분야가 좀 다르다. [73] 작중에만 시그마의 대사로 언급되는 인물. 블랙홀 연구의 콩라인으로 보이며 자리야의 무기에 장착된 중력제어장치는 그의 원천기술로 만들어져있다. 볼스카야 인더스트리나 이들에게 기술을 제공하는 옴닉의 평화주의 세력과 우호적 관계를 가진 것으로 짐작된다. [74] 둘 다 여성이다.

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