물리학 - 물리학이란?

[물리학이란?]
물리학(physics)은 물질과 그것의 시공간에서의 운동, 그리고 그것과 관련된 에너지나 힘 등을 연구하는 자연과학의 한 분야입니다.
가장 기초적인 과학의 한 분야로, 물리학의 목표는 우주 또는 자연이 어떤 식으로 운동하는가를 논리적으로 이해하는 것 즉, 모든 물체의 운동 원리를 규명하는 것입니다. 즉, 인간이 과거 철학을 통해 자연법칙에 관해 물어왔던 근본적인 질문들이 오늘날 물리학을 통해 해결되고 있습니다.
오랜 기간 동안 물리학은 화학, 생물학, 지구과학, 천문학과 함께 자연 철학의 일부였습니다. 17세기 과학 혁명 이후 엄격한 과학적 방법을 사용하여 경험적 지식만을 다루게 되면서 물리학은 철학에서 분리되어 단독의 학문으로 자리를 잡게 되었습니다.
유럽 언어에서 물리학을 뜻하는 단어는 자연을 뜻하는 고대 그리스어 피시스에서 유래하였습니다.
고대 그리스의 철학자 아리스토텔레스는 자연학에서 여러 가지 운동에 관해 설명하였습니다.
아리스토텔레스 이후 서양 언어에서는 물체의 운동과 그에 미치는 힘 등을 연구하는 학문을 이 그리스 단어를 따서 부르게 되었습니다.
예를 들면, 영어: physics, 프랑스어: physique, 독일어: Physik 등입니다. 한자 문화권의 물리(物理)라는 낱말은 메이지 시대 일본에서 난학이라 부르던 네덜란드를 중심으로 한 서양 문물을 도입하는 과정에서 만들어졌습니다.

갈릴레오 갈릴레이 이후 물리학은 물체의 운동과 같은 물리 현상을 수리 모형을 통해 설명하고자 하였습니다.
뉴턴은 고전 역학을 수립하였습니다. 조제프루이 라그랑주와 같은 학자들은 물리학에서 다루는 모든 현상에 대해 수리 모형을 수립하고자 하였습니다. 현대의 물리학에서도 수리 모형은 예측과 가설 검증의 주요한 수단으로 사용됩니다. 특히나 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 되어, 충분히 조건만 주어진다면 우주에 있는 모든 것의 상태를 물리학을 통하여 예측할 수 있다고 생각하는 결정론적 세계관이 널리 받아들여지기도 하였습니다.
그러나 20세기 초, 원자•분자•소립자 등 미시세계를 다루는 양자역학이 발달하면서 자연 현상의 예측에는 본질적으로 불확실성이 있음이 알려졌습니다.
20세기 후반에 발전한 혼돈 이론에서는 양자역학이 다루는 미시세계에서뿐만 아니라 날씨와 같은 거시세계에서도 예측 불가능성이 있을 수 있다는 점이 밝혀졌습니다. 이는 미시세계에서 나타나는 불확실성과는 다른 것으로 초기 조건을 완벽히 알 수 없다는 점에 기인합니다.

지금의 물리학은 매우 다양한 세부 학문으로 나뉩니다. 다루는 대상에 따라 기본입자와 같은 미립자를 실험을 통해 검증하려는 입자물리학이나, 우주와 천체에 대해 연구하는 천체물리학과 같이 구분되기도 하면서, 자연 현상을 설명하는 이론 체계를 세우는 이론물리학과 실험을 통해 해당 이론을 검증하는 실험물리학으로 구분되기도 합니다.
또한, 역학, 전자기학, 광학과 같이 특정한 분야별로 나뉘어 불리기도 합니다. 한편, 현대 물리학은 지구과학, 생물학 등 다양한 분야의 학문과도 학제간 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 물리학은 여러 학문에서 다루는 대상들의 기본적인 성질에 대한 지식을 제공하기 때문에 기초과학 (Elementary Science)이라고 불립니다.

 

[범주와 목표]
물리학은 만물을 구성하는 기본적인 대상인 원자 내부의 아원자 입자(양성자, 중성자, 전자)부터 가장 크다고 여겨지는 우주 전체까지 현상의 광범위한 범주를 포괄합니다.
물리학의 목적은 자연에 대한 설명입니다. 그래서 물리학자들은 우리 주변에서 일어나는 일의 원인을 발견하여 이성적으로 판단하고 그 원인과 결과를 하나의 이론으로 일반화시키는 판단을 합니. 이때 물리학자들은 과학적 방법론을 따릅니다.

 

[핵심 이론]
물리학이 넓은 범위에 걸쳐 다양한 주제를 다룸에도 불구, 모든 물리학자가 공통으로 사용하는 핵심 이론들이 있습니다. 이들 이론에 대한 연구는 여전히 활발히 지속되고 있으나, 그중에 근본적으로 잘못된 이론이 있으리라고 믿는 물리학자는 거의 없습니다. 물리 연구의 기본 도구 역할을 하는 이 이론들 각각은 그 적용 범위 내에서 기본적으로 옳은 것으로 믿어지고 있는데, 예를 들면 원자보다 크고 천체에 비해 매우 가벼우며 광속보다 훨씬 느리게 움직이는 일상적인 물체의 움직임은 고전역학으로 비교적 정확히 기술됩니다. 이런 특성들 때문에 이 이론들은 모든 물리학도가 기본적으로 이해해야 하는 필수 과목이기도 합니다.

 

[고전 물리학과 현대 물리학의 차이]
물리학은 우주의 법칙을 알아내기 위한 학문이고, 물리학의 이론은 그것이 적용할 수 있는 범위 내에 있습니다. 고전 물리학의 법칙들은 크기가 원자보다 크고 움직임이 빛의 속도보다 훨씬 느린 계에 관해 설명합니다. 이 범위를 벗어나면, 관측 결과는 고전 물리학에서 예측한 것과 일치하지 않게 된다.
아인슈타인은 절대 공간과 시간의 개념을 시공간의 개념으로 대체하고 빛의 속도에 근접한 구성요소를 가진 계에 대한 더 정확한 설명을 가능하게 해준 특수 상대성이론을 제시했습니다.
막스 플랑크, 에르빈 슈뢰딩거 등을 필두로 한 양자역학은 개연론에 따른 입자와 상호작용에 대한 개념을 공급했으며, 이는 원자나 원자보다 작은 크기에 대한 정확한 설명을 가능하게 했습니다.
후에 양자장론은 양자역학과 특수 상대성이론을 통일했다. 일반 상대성이론은 동적이고 구부러진 시공간에 관해 서술함으로써 매우 무거운 계나, 거대한 천체에 관해 설명할 수 있게 해줍니다. 일반 상대성이론은 아직 다른 이론과 통일되지 않았지만, 여러 양자 중력이론의 후보 이론들이 성장하고 있습니다.