물리학

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1. 개요

2. 이미지

단진자
핵분열	전기회로
상대성 이론

3. 어원

3.1. physics

3.2. 물리학

4. 본질과 목적

4.1. 과학철학적 설명

4.2. 보편지식 체계

4.3. 궁극적 목표

5. 분류

5.1. 이론물리학과 실험물리학

5.2. 이론체계에 따른 분류

• 고전역학 (Classical Mechanics)
• 비상대론적 고전역학: 뉴턴적 시공간 개념을 전제로 함
• 상대론적 고전역학: 특수상대성 이론에 따른 시공간 개념을 반영

• 양자역학 (Quantum Mechanics)
• 비상대론적 양자역학: 슈뢰딩거 방정식을 기반으로 한 표준적 양자이론
• 상대론적 양자역학: 디랙 방정식, 클라인-고든 방정식 등, 상대론을 반영한 양자이론

• 고전통계역학 (classical statistical mechanics): 볼츠만·깁스 통계
• 양자통계역학 (quantum statistical mechanics): 페르미-디랙 분포, 보스-아인슈타인 분포 등

• 고전장이론 (Classical Field Theory): 맥스웰 방정식, 뉴턴 중력장 등
• 양자장이론 (Quantum Field Theory, QFT): 장의 양자화를 통해 입자와 장을 통합적으로 기술하는 이론. 표준 모형(Standard Model)은 QFT의 대표적 응용이다. 또한 끈 이론(String Theory) 역시 이론물리학의 체계 분류 중에서는 "장이론"에 가장 핵심적으로 속하는 이론이다. 다만, 이는 일반적인 양자장이론을 초월한 고차원적·초대칭적·중력을 포함하는 이론으로, 양자중력의 후보 이론이자, 모든 힘과 입자를 통합하려는 시도로 간주된다.

5.3. 연구 대상에 따른 분류

5.4. 고전물리학과 현대물리학

5.5. 기초물리학과 응용물리학

6. 역사

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6.1. 자연학(목적론적 자연관)

6.2. 기계론적 자연관

6.3. 뉴턴역학

6.4. 고전역학

6.5. 상대성이론

6.6. 양자역학

6.7. 현대물리학

7. 다른 학문들과의 관계

7.1. 수학

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7.2. 화학

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7.3. 천문학

• 천체물리학 (Astrophysics): 우주의 구조와 천체의 물리적 성질 연구
• 우주론 (Cosmology): 우주의 기원과 진화, 암흑물질·암흑에너지 등 근본 문제
• 우주입자물리 (Astroparticle Physics): 중성미자, 우주선, 감마선 폭발 등
• 중력파 천문학: 시공간의 진동을 통한 물리 법칙 검증
• 계산천체물리학: 시뮬레이션을 통한 천체·우주 모델링

7.4. 사회과학

7.5. 그 외

• 지구과학: 응용적 성향이 강한 지구과학 특성상 물리학에서 배우는 내용들이 똑같이 나올 수 있다.

• 생물학: 물리학과 생물학을 융합한 생물물리학과 양자생물학, 그리고 이를 공학적으로 응용한 의학물리학이 있다.

8. 교육과정

8.1. 초·중·고등교육

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8.2. 수험과목

• 대학수학능력시험: 과학탐구 영역 물리학Ⅰ, 물리학Ⅱ
• 자연계 논술: 물리
• 검정고시: 과학(필수과목)
• 편입학(연세대, 고려대, 중앙대): 물리
• 공무원 시험
• 5급 공개경쟁채용시험 과학기술직군: 재료역학(일반기계직), 전기자기학(전기직, 전자직, 통신기술직), 회로이론(전기직, 전자직), 통신이론(통신기술직), 전기기기(전기직), 전자회로(전자직, 통신기술직), 응용역학(토목직), 토질역학(토목직), 구조역학(건축직)
• 7급 공개경쟁채용시험: 물리학개론(일반기계직, 전기직, 일반토목직, 건축직, 통신기술직, 전송기술직, 기상직)
• 9급 경력경쟁채용시험: 물리
• 소방간부후보생 선발 시험: 1차 자연계열 자연과학개론, 물리학개론
• 초등교원임용경쟁시험 교육과정 중 과학
• 중등교원임용경쟁시험 물리, 기술, 기계, 전기, 전자, 통신, 건설
• 변리사시험: 1차 자연과학개론에서 10문제가 출제된다.
• AP 물리학
• 국제 과학 올림피아드
• 국제물리올림피아드, 아시아물리올림피아드, 한국물리올림피아드, 영국물리올림피아드
• 국제청소년물리토너먼트, 한국청소년물리토너먼트
• 국제천문올림피아드, 국제 천문 및 천체물리 올림피아드, 한국천문올림피아드
• 용접기사 필기시험

8.3. 대학 학부과정(물리학과)

• 1학년
• 미분적분학
• 일반물리학
• 일반화학
• 2학년
• 고전역학
• 전자기학[25]
• 현대 물리학: 고전역학과 양자역학 사이의 쇼크를 줄이기 위해 양자역학, 상대성 이론 등에서 기초적인 부분을 설명해 놓은 과목. 열 및 통계물리, 고체물리, 핵 및 입자물리 등도 약간 가미되어 있다. 학부 수준에서 감당하기 어려운 첨단의 주제들도 들어있지만 다행히 수준이 높지 않아 2학년 수준에서 이해 가능하다.[26]
• 수리물리학: 물리학에서 주로 사용하는 수학적 도구에 관한 내용을 배운다. 선형대수학, 미분방정식, 텐서기하학, 복소함수론 등을 다룬다.
• 3학년
• 양자역학
• 열역학 및 통계역학

그 외 학교에 따라서는 유체역학을 전공심화과정으로 배운다. 고전역학, 전자기학, 양자역학, 열통계역학을 모두 배웠다면 4학년 과정과 대학원 과정을 이해할 기반이 다져졌다고 보면 된다.
• 4학년
• 광학
• 상대성 이론
• 우주론
• 응집물질물리학 및 고체물리학
• 플라즈마물리학
• 핵물리학 및 입자물리학
• 생물물리학
• 화학물리학

8.4. 국내 연구현황 및 오해

9. 대중적인 인식

10. 편견 및 고정관념

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'''이 문단은'''

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• 무거운 물체가 더 빨리 떨어진다?
  무거운 물체라고 꼭 빨리 떨어지진 않는다. 낙하산은 14kg쯤 되지만 1kg짜리 납덩이가 더 빨리 떨어지고, 거의 같은 무게 / 밀도인 풍선이 바람 넣었을 때와 안 넣었을 때 떨어지는 속도가 차이난다. 공기저항은 무게가 아니라 형상과 밀접한 관계가 있다. 그러나 아리스토텔레스 기반의 세계관에서는 무게와 떨어지는 속도가 비례하는데, 물론 실제와 크게 다르다. 이 가설은 갈릴레오 갈릴레이가 증명하기 전까지는 정설로 되어 있었다. 단, 피사의 사탑 실험을 실제로 행하지는 않았다고 한다. (실제로 행한건 소수의 발명자이기도 한 네덜란드의 시몬 스테빈이었다.) 수학적으로 설명하자면, 공기 저항에 의한 힘은 [math(F_D\, =\, \tfrac12\, \rho\, v^2\, C_d\, A)] 이다. 여기서 위의 값들은 순서대로 유체(여기서는 공기)의 밀도, 속도, 항력 계수, 그리고 표면적의 넓이이다. 항력 계수는 떨어지는 물체의 형태, 표면적은 공기에 맞닿는 넓이 (즉 크기)를 의미한다. 따라서 어떤 물질이 떨어지는 속도는 물체의 질량과는 관련이 없다. 여담으로, 해당 항을 넣은 2차원 포물선 운동은 연립 비선형 미분방정식 이기 때문에 컴퓨터를 이용해서 풀어야 한다.

• 타코마 다리는 공진현상으로 인해 무너졌다?
  해당 문서 참고. 공진과는 전혀 상관없는 이유로 무너졌다.

• 속도는 벡터량이므로 방향의 개념을 포함하지 않고 속도라는 말을 사용하면 틀린 것이다?
  일상 언어인 속도와 속력은 차이점이 없다. 속도의 국립국어원 표준국어대사전의 정의는 '1. 물체가 나아가거나 일이 진행되는 빠르기.' '2.물리물체의 단위 시간 내에서의 위치 변화. 크기와 방향이 있으며, 크기는 단위 시간에 지나간 거리와 같고, 방향은 경로의 접선과 일치한다.' 이다. 1번 뜻에 방향의 개념은 전혀 포함되어 있지 않다. 물리학 용어 속도는 그 아래, 물리학에서의 정의로 따로 나와있다. 그러니까 괜히 "인생은 속도가 아닌 방향이다" 라는 말에 "속도엔 방향이 포함되어 있다" 라고 반박하지 말자.

• 엘리베이터가 올라갈 때는 체중계의 눈금이 증가하고, 내려갈 때는 떨어진다?
  관성력은 속도가 아닌 가속도에 관계한다. 위로 가속될 때[30] 눈금이 증가하고, 반대의 경우에 떨어진다. 등속으로 올라가는 도중에는 거의 변화가 없다.[31] 교과서에서도 서술이 부정확했던, 대표적 착각. 위에서 말하듯 관성력은 가속도와 관계 있으므로, 정확히는 엘리베이터가 올라가기 '시작할 때'나 내려오다 '멈췄을 때' 눈금이 잠시 증가했다 돌아오고, 내려가기 '시작할 때'나 올라가다 '멈췄을 때' 눈금이 잠시 떨어졌다 돌아온다. 출발하기 전이나 완전히 정지한 후, 등속도로 운동(올라가던 내려가던 상관 없이)하는 중에는 거의 바뀌지 않는다.

• 레이저 무기를 발사하면 모두가 그 눈부신 직선형의 빛의 궤적을 목격할 수 있다? 또는, 긴 직선형의 불빛이 탄환처럼 이쪽에서 저쪽으로 빠르게 날아가는 모습을 목격할 수 있다?
  사실은 아무것도 보이지 않는다. 실제로 개발 중인 레이저 무기의 시연 영상을 보더라도 아무런 빛이 없어서 발사를 언제 하는 건가 싶은데 어느 순간 목표물에 불이 붙어있는 허무한 모습을 볼 수 있다. 레이저는 빛이고, 우리가 빛을 본다는 것은 그 빛이 우리 눈으로 들어왔다는 것인데, 레이저가 중간에 산란되지 않는 한 제3자가 그 지나가는 빛의 '빛'을 볼 수는 없다. 만일 빛이 보였다면 그것은 곧 당신이 그 레이저 무기의 표적이 되었다는 뜻이고 그걸 다시 말하자면...[32] 아무튼 이런 이유로 많은 창작물들이 "레이저처럼 보이지만 사실은 레이저는 아니고 약간 다른 에너지 무기다" 같은 식의 설정들을 덧붙이고 있다.
  마찬가지로 스타워즈에서도 설정에 밝지 않은 사람들은 각종 개인화기들이 발사한 붉은 불빛이 날아가는 걸 보며 레이저라고 착각하기도 하는데, 실제로 레이저는 빛이기 때문에 1초만에 지구를 7.5바퀴 돌 수 있는 속도로 날아간다. 어지간한 현대 총기의 탄환 수준의 속도로 날아가는 시점에서 이미 빛은 절대로 아니다. 그리고 애초에 스타워즈의 그 무기는 블라스터이지 레이저가 아니다.

• 양자역학은 세상에 답이 정해진 문제가 없으며 인간의 의지가 결론을 변화시킬 수 있다는 것을 암시한다?
  과학자들이 제일 싫어하는 과학의 인문학적 오용에 해당하는 대표적인 사례이다. 양자역학에선 어디까지나 특정한 물리적 상황을 예측함에 있어 하나의 고정된 해가 없을 뿐 주어진 조건에 알맞는 해에 해당하는 확률 분포를 구할 수 있다. 쉽게 말해 당신이 옆에 보이는 벽에 머리를 세게 들이박는다고 쳤을 때, 고전역학은 "무조건 당신의 머리에 혹이 생긴다"고 답을 내려 준다면, 양자역학은 "당신의 머리에 혹이 생길 확률이 99.999...9%이고 뚫고 투과할 확률이 0.000...1%"라고 역시 답을 내려 준다. 그리고 저런 거시적인 레벨이라면 양자역학의 해는 오차 범위 내에서 고전역학의 해를 따라가게 되며, 설사 그렇지 않다 하더라도 그건 당신의 '의지'와는 무관하다. 자세한 내용은 양자역학 문서 참조.

• 우주에는 중력이 없다?
  말이 안되는 소리다. 중력의 영향력이 더 강하고 훨씬 약하고의 차이일 뿐 어느 곳에서든 중력은 존재한다. 무거운 천체 위에 있을수록 더 중력이 강하게 작용한다. 사실 어떤 물체든 만유인력, 중력은 존재한다. 다만 인간이 아무리 물체를 크게 만들어봐야 무게가 소행성에 비해서도 매우 적기 때문에 사람이 직접 느낄 수 있는 정도의 수준만 아닐 뿐이다.
  구체적으로는 중력의 세기는 거리의 제곱에 반비례하기 때문에 우주공간에 물질이 하나라도 존재하는 이상 아무리 멀리 떨어져 있어도 중력의 영향은 0에 수렴하게 될 뿐 결코 0은 될 수 없다.

• 높은 전압은 위험하다?
  일반적으로 고전압이라는 말이 흔하게 쓰이기 때문에 일반인들이 많이 오해하고있는 통념이다. 실제로 사람을 죽이는 것은 전류지, 전압이 아니다.
  일상적으로 같은 뜻인 '전위' 대신 '전압'이라는 단어를 더 많이 쓰다 보니 '전압 = 전기적 압력'으로 오해할 수 있는데, 전압은 정확히 전위 = '전기적 위치'를 의미한다.
  전압(정확히는 전압차)은 중력으로 비유하자면 폭포의 높낮이와 같은데, 아무리 높은 폭포에서 떨어졌어도, 물 한방울이 몸에 떨어졌다는 이유로 사람이 크게 다치지 않는 반면, 엄청난 양의 물을 폭포에서 흘려보내면 사람이 떠내려가 크게 다치거나 죽을 수 있는 것과 같은 이치다. 여기서 '물 한 방울'을 '전하'로, 전체적인 물의 흐름을 전류로 바꾸면 좋은 비유가 성립한다.
  아무리 높은 폭포라도 가뭄이 들어 물이 흐르지 않으면 전혀 위험하지 않은 것과 마찬가지로, 아무리 전압차가 커도 인체에 흐르는 전하가 없으면 전혀 위협이 되지 않는다.
  '전압' 자체가 위험한 것은 아님을 극단적으로 보여주는 예시는 다음과 같다. 일상적으로 경험할 수 있는 정전기의 경우 전압차가 수천 볼트에 달하지만, 실제로 이동하는 전하량(전류)이 많지 않아 잠깐 따끔하고 마는 반면, 이보다 전압이 5배 정도 낮은 220V 콘센트에 감전되면 엄청난 양의 전류가 몸을 관통하므로 사망할 수 있다.

• 빛도 질량이 존재한다?
  '광자'로 표현되는 빛 자체는 힉스장과 상호작용하지 않는, 질량 0의 입자다. 따라서 정지질량이 0이다.
  이 문제의 경우 질량을 어떻게 재느냐에 따라 참/거짓이 달라지는데, 일반적으로 기본 입자의 질량이라 하면 정지질량을 의미하므로 거짓이다.
  그러나 질량이 0인 입자라 해도 에너지와 운동량은 가질 수 있으며, 일반상대론에 따르면 마치 질량을 가진 것처럼 행동할 수는 있다. (질량-에너지 동등성에 의해)[33]

• 반입자는 질량이 마이너스다?
  입자와 반입자는 질량은 같다. 다만 입자를 구성하는 쿼크가 반쿼크로 구성되어있다. 예를 들면 가장 흔한 입자중에 하나인 양성자는 up쿼크 2개, down쿼크 1개로 이루어져 있어서 2/3, 2/3, -1/3을 모두 더해서 +1전하를 가지지만, 반양성자는 반 up쿼크 2개, 반 down쿼크 1개로 이루어져 있어서 -2/3, -2/3, 1/3을 모두 더해서 -1전하를 가진다. 중성자는 up쿼크 1개, down쿼크 2개로 이루어져 있어서 2/3, -1/3, -1/3을 모두 더해서 0 전하를 가지지만, 반중성자는 반 up쿼크 1개, 반 down쿼크 2개로 이루어져 있어서 -2/3, 1/3, 1/3을 모두 더해서 역시나 0 전하가 된다. -1 전하를 가지는 전자는 경입자라 쿼크로 구성되어 있지 않으며 반입자는 +1 전하를 가지는 양전자다.

• 레이저로 강철을 잘라낼 수 있다?
  당연히 가능하다. 실제로도 kW 출력급 고출력 레이저는 세라믹이나 금속를 절삭하는 용도로 산업에서 이용된다. 다만 레이저 광선이 아무리 햇빛과는 비교가 안되게 강해도 금속을 자를 정도가 되는 출력을 얻는 것은 까다롭고 어려운 기술이다. 높은 평균 출력을 내기위한 공진기 부분을 포함한 기계 자체의 크기도 많이 커지고, 또 레이저 광선을 0.5mm가 안되는 좁은 직경으로, 사용하는 레이저 파장에 맞는 렌즈나 거울을 이용해 집속시켜야 된다. 단지 가공이 정밀하다는 큰 장점이 있을뿐 가격도 워낙 비싸서 톱과 연마기를 이용한 보수적인 가공법보다 다른 면에서는 더 나은점이 없다.

• 속력 = 속도이다?
  물리학적으로도 비슷한 개념이긴 하나, 엄밀히 따지자면 다른 개념이다. 우선 속력의 정의는 '단위 시간 동안 이동한 거리'이다. 반면 속도는 '단위 시간 동안 위치의 변화'이다. 이동 거리는 스칼라이고 변위는 벡터이므로 속력과 속도는 각각 다른 물리량으로 분류된다.

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11. 물리학자

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의 [[물리학자#|]] 부분을

12. 여담

• 우스갯소리로 어떤 분야에서 거의 항상 들어맞는 것을 물리학이라고 한다. 대표적인 예로 DTD, 사스날이 있다.
• 네이버 지식iN에 kokospice가 물리학 분야에서 유사과학에 기초한 답변을 단다. 수학을 배제한 자신의 세계관에서 살고 있으니 일단 조심하고 보자.
• 물리학 용어가 수학 용어에 비해 간지난다는 유머가 있다.
• 물리학에서 계산 노가다를 줄이기 위해 각종 가정을 붙이는 일이 많다 보니 관련 농담이 있다. 보통 가축으로 흔히 볼 수 있는 닭이나 소가 이 농담의 주인공이다. 농담의 요는 현실에서는 동물들이 복잡한 모양을 지니고 그 재질도 다양하고 계속 움직이고 성장/노화하는 등 변수가 매우 많지만 이론 속 물리학의 세계에서는 그런 복잡한 것은 다 치우고 가장 간단한 도형인 구로 가정한 이후 이론을 만든다는 것. 사실 당연한 것이, 일단 가장 원인이 되는 변수만 고정시켜서 도출한 일반 공식이 있어야 이후 다른 추가적인 변수가 덕지덕지 붙은 특수해도 구할 수 있다.[34]
  
  레너드 호프스태터: 어떤 농부가 자기 닭이 알을 안 낳아서 물리학자를 불렀대. 그런데 물리학자가 말하기를: "해결책이 있지만, 오직 진공상태의 구형 닭에게만 효과가 있을 테요."
  
  
  
  
  "A farmer has some chickens who don't lay any eggs. The farmer calls a physicist to help. The physicist does some calculation and says "I have a solution but it only works for spherical chickens in a vacuum!"
  
  

  ---

  
  
  빅뱅 이론
• "Physics is like sex: sure, it may give some practical results, but that's not why we do it."(물리학은 성관계와 같다: 분명, 몇 가지 유용한 결과를 줄 수 있지만, 그것이 우리가 그것을 하는 이유는 아니다.)라는 개드립이 있다. 물리학은 공학과 달리 당장의 필요에 의해서만 연구되는 게 아니라 과학자 개인의 관심사에 따라 발전하는 경우가 더 많기 때문. 리처드 파인만이 한 말이라고 알려져 있으나, 정확한 출처는 불분명하다.

13. 둘러보기