1. 물리학에 대하여
물리학은 존재하고 있는 물질과 그 물질의 시공간에서의 운동과 에너지 또는 힘을 연구하는 자연과학이다. 가장 기초적인 과학 분야로 우주 또는 자연이 어떤 방법으로 운동하는지를 논리적으로 이해하고 모든 물체의 운동 원리를 알아내는 것이다.
과거에는 철학으로 자연법칙의 질문을 접하였다면 오늘날은 물리학으로 접하게 되었다.
2년 년 이상의 기간 중 자연철학의 일부였으나, 과학 혁명(17세기) 이후 경험적 지식만을 다루면서 철학에서 분리되어 독자적인 학문이 된 것이다.
물리학(physics)의 어원은 고대 그리스어인 피 시스에게서 유래한다. 아리스토텔레스는 ‘자연학’에서 여러 운동에 관해 설명하였는데, 이후 서양에서 물체의 운동과 힘을 연구하는 학문으로 이 단어를 사용하여 부르게 된 것이다.
갈릴레오 갈릴레이 이후 물리학은 수리 모형을 통하여 물체의 운동과 물리적인 현상을 설명하고자 하였는데, 이에 아이작 뉴턴은 고전 역학을 제시하였고, 라그랑주 같은 학자들은 모든 현상을 수리 모형으로 다루고자 한 것이다.
현대 물리학에서도 예측과 가설 검증의 주요 수단으로 사용되는데, 이러한 학문을 수리물리학이라 한다.
고전 역학의 등장으로 모든 물체의 운동을 설명하고 예측할 수 있게 되므로, 우주의 모든 물질 상태를 물리학으로 예측할 수 있으리라 생각되었으나, 20세기 초 양자역학이 발달하면서 자연 현상에는 어떤 불확실성이 있다는 것이 알려지게 되었다. 20세기 후반 혼돈 이론은 양자역학의 미시세계뿐 아니라 거시세계에서도 초기 조건을 완벽히 알 수 없다는 예측 불가능성이 있을 가능성이 밝혀졌다.
현대 물리학은 아래와 같은 세부적인 학문으로 분류된다.
입자물리학 : 기본입자와 같은 미립자를 실험을 통해 검증
천체물리학 : 우주와 천체에 대한 연구
이론물리학 : 자연 현상을 설명하는 이론
실험물리학 : 실험을 통해 이론을 검증
기타 : 역학, 전자기학, 광학 등과 같은 특정 분야
한편, 현대 물리학은 생물학, 지구과학과 같은 다양한 학문과도 활발한 연구가 이루어진다. 여러 학문에서 다루는 물질의 기본적 성질에 대한 지식을 제공하기에 물리학은 기초과학으로 불린다.
2. 물리학의 역사
인류가 도구를 사용한 이래 물리적 지식은 여러 생활에 이용되어왔다.
선사시대 : 빗면, 지레, 바퀴 등 단순 기계를 통해 물건을 운반하거나 여러 도구를 만들어 사용하였고, 별을 관측하여 돌에 새기기도 하였다.
문명시대 : 고대 문명에서부터 자연 철학과 같은 물리학적 지식을 기록하며 후대에 가르쳐왔다.
중세 시대 : 12세기 무렵 이슬람 학자들은 경험적 방법을 통해 관찰, 기록하는 과학적 방법의 기초를 마련하였다.
르네상스시대 : 고대 그리스의 지식과 이슬람 과학의 영향으로 실험을 중요하게 여겼고, 특히 갈릴레이는 실험과 관찰을 통해 많은 과학 지식을 발견하고 이를 수학적 모형으로 서술하여 물리학의 발전에 많은 영향을 주게 된다.
16세기 이후 과학 혁명이 일어나 물리학은 큰 발전을 이루었다.
데카르트는 직교 좌표계를 도입하였고, 뉴턴의 고전 역학은 가시 세계의 모든 물체의 운동에 맞는 모형으로 자연계에 대한 새로운 이해를 제시하였다. 프랑스의 수학자 라그랑주는 수리 모형을 수립하여 라그랑주 역학을 만들었고 소피 제르맹은 탄성 방정식, 레온하르트 오일러는 달의 위치를 정확히 계산하는 알고리즘을 개발하였다.
과학 혁명 이후 전자기학과 열역학과 같은 다른 분야들도 수립되었다.
20세기 초에 물리학은 새로운 패러다임을 겪게 된다.
아인슈타인은 상대성 이론을 발표함으로 고전역학의 시공간의 절대적 개념이 폐기되었으며, 헤르만 민코프스키가 시간과 공간을 통합한 시공간의 개념을 다루는 민코프스키 시공간을 도입하였다. 한편 양자역학의 출현으로 물질 상태에 대한 근본적 변화가 일어나게 된다.
20세기 후반에는 초끈이론, 혼돈 이론, 통일장 이론 등과 같은 새로운 가설들이 생겨나고, 아직도 해결되지 않은 문제들에 대한 답을 찾기 위해 수많은 물리학자가 노력하고 있다.
3. 과학적 방법
현상을 연구하고, 새로운 지식을 구축하거나 통합할 때 사용되는 기법으로, 경험과 실험을 통해 측정에 근거하여 자연 현상의 원리를 밝혀내는 과정이다.
경험을 통한 귀납적인 결론을 도출하기 때문에 절대적인 것은 아니며, 반증 될 가능성이 있고 새로운 연구 결과에 따라 이전의 지식이 수정 또는 폐기될 수 있다. 도출된 결론은 통계적이며, 세운 가설을 보강하기 위해 베이즈 정리에 따른 분석이 필요하다.
[Ker linger의 과학적 방법]
1) 문제 해결은 논리적 접근을 통해 이루어진다.
2) 가설과 이론은 경험적이고 체계적으로 검증된다.
3) 표준화된 실험이나 관찰은 통제를 통해 이루어진다.
4) 사상의 상호관계나 체계가 객관성 있게 설명된다.
5) 과학자들의 관심 정도에 따라 과학적 방법의 의미가 달라질 수 있다.
[과정]
1) 문제 정의
2) 자료와 정보 수집(관찰)
3) 관찰을 통한 가설
4) 실험을 통한 데이터 수집으로 가설 시험
5) 데이터 분석
6) 데이터 기준으로 가설을 검증하고 새로운 가설 세우기
7) 결과 발표
8) 재검증
9) 반복 실험으로 검증된 가설은 이론화
4.분류
- 입자물리학
- 원자 분자물리학
- 핵물리학
- 광학
- 응집 물질 물리학(고체물리학)
- 플라스마물리학
- 화학물리학(물리화학)
- 천체물리학, 우주론
- 생물물리학
- 지구물리학, 해양물리학, 대기 역학
댓글