물리학에 관하여

1. 물리학이란?

물리학은 시간과 공간에서의 물질과 그 운동 및 그와 관련된 에너지와 힘을 연구하는 자연과학 분야입니다. 과학의 가장 기본적인 분야 중 하나로서 물리학의 목표는 우주나 자연이 어떻게 움직이는지 논리적으로 이해하는 것, 즉 모든 물체의 운동 원리를 파악하는 것입니다. 사람이 과거 철학을 통해 자연법칙에 대해 물었던 근본적인 문제가 오늘날의 물리학을 통해 해결되고 있습니다. 
2000여 년 동안 물리학은 화학 생물학 지구과학 천문학과 함께 자연철학의 일부였으나 17세기 과학혁명 이후 철학에서 분리되어 독자적인 학문이 되었습니다.
유럽의 언어에서 물리학이라는 단어는 고대 그리스어에서 자연을 의미하는 단어에서 유래했습니다. 고대 그리스의 철학자 아리스토텔레스는 [자연학]에서 여러 가지 운동에 대해 설명하였습니다. 아리스토텔레스 이후 서양 언어에서 물체의 움직임과 그 영향에 대한 연구는 이 그리스어 뒤에 불렸습니다. 
갈릴레오 갈릴레이 이후 물리학은 물체의 움직임과 같은 물리적 현상을 수학적 모델을 통해 설명하고자 했습니다. 아이작 뉴턴은 고전 역학을 확립했습니다. 조셉 라그랑지안과 같은 학자들은 물리학에서 다루는 모든 현상의 수학적 모델을 확립하려고 했습니다. 현대 물리학에서도 수학적 모델은 예측과 가설 검정의 주요 수단으로 사용되고 있습니다. 특히 물리학이 다루는 수학 모델의 연구를 수학 물리학이라고 부릅니다.
고전역학의 확립으로 천체부터 사과와 같은 작은 것까지 대부분 물체의 움직임을 설명하고 예측할 수 있으며, 충분한 조건을 갖춘 물리학을 통해 우주의 모든 것을 예측할 수 있다고 생각하는 결정론적 세계관이 널리 받아들여졌습니다. 하지만 20세기 초 원자, 분자, 입자 등 미시세계를 다루는 양자역학이 발달하면서 자연현상을 예측하기에는 본질적으로 불확실성이 있다는 것을 알게 됐습니다. 20세기 후반에 발달한 카오스 이론은 양자역학으로 뒤덮인 미시세계뿐만 아니라 기상 등 거시세계에도 예측 불가능성이 있을 수 있음을 보여줍니다. 이것은 미시세계에 나타나는 불확실성과 달리 초기 조건이 완전히 알려지지 않았기 때문입니다. 
현대 물리학은 다양한 세부 분야로 나뉘어져 있습니다. 주제에 따라 기본입자 등 입자를 실험을 통해 검증하는 입자물리학, 우주와 천체를 연구하는 천체물리학, 자연현상을 설명하는 이론체계를 구축하는 이론물리학, 실험을 통해 이론을 검증하는 실험물리학으로 나눌 수 있습니다. 역학, 전자기학, 광학 등 특정 분야에서도 불리고 있습니다. 한편 현대 물리학에 대한 학제적 연구도 지구과학, 생물학 등 다양한 분야에서 활발하게 이루어지고 있습니다. 물리학은 다양한 분야에서 다루고 있는 물체의 기본적인 성질에 관한 지식을 제공하기 때문에 초등과학이라고 불립니다.

 

2. 물리학의 역사

- 사람이 도구를 사용한 이래 신체적인 지식은 인생의 많은 측면에서 사용되어 왔습니다. 선사시대에는 빗, 레버, 바퀴 등 간단한 기계를 이용하여 집을 짓고 물품을 운반하며 각종 도구를 만들어 사용했습니다.  돌과 고인돌에는 천체가 관측되고 새겨져 있습니다.문자의 발명 이후 물리적 지식은 많은 고대 문명에서 기록되어 후세에 가르쳐 왔습니다. 고대 그리스의 자연철학이 자연에 대한 일반적인 설명을 시도한다는 측면에서 물리학을 본격적인 연구로 볼 수 있습니다. 
중세에도 기계는 개량되었고 물리적 지식은 다양한 방법으로 사용되었습니다. 12세기경 알하이탐 등 이슬람 과학자들은 실증적인 방법으로 자연현상을 관찰·기록하여 과학적 방법의 기반을 닦았습니다. 르네상스기에는 많은 서양 학자들이 고대 그리스 시대의 새로운 지식을 발견하는 동시에 이슬람 과학의 영향 아래 실험을 중시하기 시작했습니다. 갈릴레오 갈릴레이는 실험과 관찰을 통해 과학적 지식을 발견하고 수학적 모델로 설명하여 후대 물리학 발전에 큰 영향을 미쳤습니다.
16세기 이후 과학혁명 동안 많은 사람들이 물리학 발전에 기여했고 르네 데카르트의 직교좌표계 도입은 큰 의미를 가집니다.아이작 뉴턴이 완성한 고전역학은 자연에 대한 이해를 새롭게 하고 눈에 보이는 크기의 모든 물체의 움직임에 잘 맞는 모델을 제시했습니다. 프랑스 수학자 조제프 루이스 라그랑주는 물리학이 다루는 모든 자연 현상의 수학적 모델을 확립하고 라그랑주 역학을 창조하려고 했습니다. 그 후 많은 물리학자와 수학자들이 물리 현상을 정확하게 설명하는 수학적 모델을 발견했습니다. 소피 저메인이 탄성 방정식을 발견하고 레온하르트 오일러가 달의 더 정확한 위치를 계산하는 알고리즘을 개발했습니다. 이러한 수학적 모델을 확립하려는 노력은 지속적으로 계속되었고, 18세기와 19세기를 통해 고전 물리학이 다루는 자연 현상의 대부분에 대한 수학적 모델이 확립되었습니다. 한편 과학혁명 이후 물리학이 발달하면서 다양한 자연현상의 연구와 발견이 이루어졌고, 그 외 전자기학, 열역학 등의 분야가 확립되었습니다. 
20세기 초 물리학은 새로운 패러다임 전환을 경험했습니다. 반면 알베르토 아인슈타인은 상대성이론을 발표하면서 고전물리학에서 불변으로 취급되던 시간과 공간(장소)은 더 이상 불변으로 취급되지 않게 되었고 고전역학에서는 절대시간과 절대공간이라는 개념이 폐기되었습니다. 헤르만 민코프스키가 시간과 공간(장소)이 기하학적으로 통합된 민코프스키 시공간을 도입하면서 시간과 장소는 더 이상 독립적으로 고려되지 않고 시간과 공간의 통합 개념으로 다뤄졌습니다. 한편 흑체 방사선 연구에서 시작된 양자역학의 등장은 우주의 물질 상태에 대한 일반적인 설명에 근본적인 변화를 필연적으로 가져왔습니다. 20세기 후반에는 카오스이론, 통일장이론, 초끈이론 등 새로운 이론물리학 가설이 등장하면서 물리학은 다양한 하위 학문으로 세분화되었습니다. 물리학에는 아직 해결되지 않은 문제가 있으며, 많은 물리학자들이 그것을 해결하려고 노력하고 있습니다.