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물리학

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과학의 범위
[ 좁은 의미 ]
||<tablewidth=100%><bgcolor=#006400><table bordercolor=#006400> 자연과학 ||
   물리학 · 화학 · 생물학 · 지구과학 · 천문학   
[ 넓은 의미 ]
||<tablewidth=100%><bgcolor=#00008B><table bordercolor=#00008B><tablebgcolor=#ffffff> 형식과학 ||
수학 · 통계학 · 컴퓨터과학 · 논리학 · 암호학
응용과학
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[ 범위 밖 ]
||<tablewidth=100%><bgcolor=#8B0000><table bordercolor=#8B0000> 과학이 아닌 것 ||
변경지대의 과학 · 병적과학 · 유사과학 · 비과학 · 반과학

자연과학의 일반적 분류
물상 과학
(Physical Science)
생명 과학
(Biological Sciences)
물리학
(Physics)
화학
(Chemistry)
지구과학
(Earth Science)
천문학
(Astronomy)
생물학
(Biology)

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알베르트 아인슈타인의 특수 및 일반 상대성 이론 논문 아이작 뉴턴프린키피아
1. 개요2. 타 학문과 물리학
2.1. 물리학과 다른 자연과학2.2. 물리학과 기술(공학 · 의학 등)2.3. 관련 문서
3. 궁극적 목표4. 분류
4.1. 고전과 현대 물리4.2. 이론물리학과 실험물리학4.3. 연구 대상에 따른 분류4.4. 연구 방법(보편적 이론 체계)에 따른 분류4.5. 분야별 연구 규모
5. 역사6. 교육과정
6.1. 중고등학교 과정6.2. 대학 학부과정(물리학과)
7. 관련 어록8. 물리학자들
8.1. 가상의 물리학자들
9. 여담

1. 개요

Physics ·

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.

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 현상과학인데 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. 타 학문과 물리학

2.1. 물리학과 다른 자연과학

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. 즉, 보편지식 체계를 구축하는 이론과학이 아니면 단순히 현상을 기술하는 현상론(phenomenology)이라는 뜻. 이는 다른 자연과학 분야 학자들이 들으면 기분 나쁠 법도 한데, 실제로 생물학자들은 이런 발언에 대해 동의하지 않음을 공개적으로 말하기도 한다.[12] 예를 들어, 과학철학자이자, 진화생물학자인 장대익 교수는 과학팟캐스트 <과학하고 앉아 있네> 공개 강연에서 다른 자연과학과 물리학에 대한 이러한 시각을 언급하며, 물리학자들의 오만이라고 비판한 적이 있다. 이와 관련하여 물리학과 생물학의 관계에 대해 설명한 물리학자의 글이 있다.

한편 '물리학과 다른 자연과학[13]의 본질적 차이 (및 관계)'는 철학(특히 과학철학)에서의 논제이기도 한데, 특히 논리실증주의자들의 환원주의 논의에서 많이 다루어진다.

2.2. 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.

2.3. 관련 문서

3. 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.

4. 분류

4.1. 고전과 현대 물리

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

4.2. 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.

4.3. 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.
  • 입자물리학(particle physics): 양성자, 중성자, 전자 따위의 기본입자, 곧 렙톤, 하드론 및 쿼크, 게이지입자 따위를 다루는 분야
  • 핵물리학(nuclear physics): 원자핵의 구조, 상호작용을 다루는 분야
  • 원자분자물리학(atomic and molecular physics): 원자나 분자를 다루는 분야
  • 응집물질물리학(condensed matter physics): 원자나 분자가 엄청나게 많은 수가 모여야 비로소 우리가 감각기관으로 경험하는 물질이 된다. 그런 물질을 응집물질(condensed matter)이라고 부르고, 이를 다루는 분야를 응집물질물리학이라고 한다.
  • 플라스마물리학(plasma physics): 온도를 매우 높이면 원자나 분자에서 전자가 일부 떨어져 나가고 물질은 전기를 띤 이온들로 이루어지게 되는데, 이러한 플라스마(plasma) 상태의 물질을 다루는 분야다. 한편 응집물질 중에서 액체나 기체 등 유체를 다루는 유체물리학(fluid physics)과 함께 분류하기도 한다.
  • 광학(optics): 빛에 대해 연구하는 분야다. 일반적으로 빛과 관련된 물질 현상은 원자나 분자에 의한 빛의 흡수 및 방출을 통해 생겨나므로 광학은 원자분자물리학과 밀접한 관련이 있다.
  • 타 자연과학 분야와 융합돼 있는 분야
    • 화학물리학: 화학은 주로 분자 수준의 현상을 다룬다. 따라서 화학물리학은 분자물리학과 밀접한 관련이 있다.
    • 생물물리학: 생명체는 기본적으로 많은 수의 단백질 같은 분자들로 이뤄져 있으므로 생물물리학은 당연히 응집물질물리에 속한다고 할 수 있다.
    • 천체물리학: 천체물리학은 우주를 다루는데 그 안에는 기본입자, 원자핵, 원자와 분자, 그리고 별이나 은하 등 응집물질도 있다. 따라서 천체물리학은 입자물리부터 응집물질물리까지 전체의 종합이라고 생각할 수 있다.
    • 지구물리학: 지구물리학은 많은 경우에 분자와 응집물질물리에 가깝다.

4.4. 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.
  • 동역학(dynamics): 동역학 중에서 가장 대표적이고 널리 알려진 것이 17세기 뉴턴의 고전역학이다. 그 다음에 20세기에 만들어진 양자역학이 있다. 동역학에서는 시간과 공간을 어떻게 전제하냐가 중요한 문제인데, 전통적으로 뉴턴 시대의 시간과 공간 개념에 따라 고전역학이 만들어졌고, 양자역학도 마찬가지로 시작되었다. 그러나 아인슈타인의 상대성이론에 의한 시공간 개념에 따라 고전역학과 양자역학을 만들 수도 있다. 이에 따라 상대론적 (고전)역학, 상대론적 양자역학이 만들어져서, 비상대론적 고전역학, 비상대론적 양자역학과 대비된다.
    • 고전역학(classical mechanics)
      • 상대론적 (고전)역학
      • 비상대론적 고전역학
        • 유체역학
    • 양자역학(quantum mechanics)
      • 상대론적 양자역학
      • 비상대론적 양자역학
  • 통계역학(statistical mechanics): 동역학으로부터 구축되는데 고전역학에 기초를 둘 수도 있고, 양자역학에 기초를 둘 수도 있으나, 엄밀하게는 양자역학에 기초를 두어야 일관성이 있는 이론 체계를 얻을 수 있다. 통계역학을 써서 다양한 현상을 기술하는 분야를 흔히 통계물리(statistical physics)라고 부른다.
    • 열역학
  • 장이론(field theory): 동역학에서는 대상을 입자라고 가정하고서, 힘이 주어졌을 때 입자가 어떻게 운동하는지 다룬다. 이와 달리 대상을 입자 대신에 장(場)으로 상정하고, 이론을 전개할 수도 있는데, 이를 장이론이라고 부른다. 동역학에서 고전역학과 양자역학 구분과 마찬가지로 장이론도 고전장이론, 양자장이론으로 구분한다. 한편 장이론은 통계역학과 비슷한 면이 있어서 관련을 지을 수 있다.
    • 고전장이론
    • 양자장이론
  • 정역학(statics)

4.5. 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 난류 처럼 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.

5. 역사

해당 문서 참조

6. 교육과정

보통 고등학교 2학년 때부터 이과생이 전문적으로 배우기 시작하는데 수학과의 연관성이 상당하다. 수포자들은 당연히 피를 본다. 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.

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[16] 역시 깊게 들어가면 물리학을 만나게 된다. 심지어 컴퓨터공학이라도 물리학과 관련이 있다.[17] 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.

6.1. 중고등학교 과정

6.2. 대학 학부과정(물리학과)

1학년
2학년
  • 고전역학
  • 전자기학[18]
  • 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.[19]
  • 수리물리학 : 물리학에서 주로 사용하는 수학적 도구에 관한 내용을 배운다. 선형대수학, 미분방정식, 텐서기하학, 복소함수론 등을 다룬다.

3학년그 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.

7. 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.[20]
- 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford)

8. 물리학자들

파일:external/writescience.files.wordpress.com/solvaycolored.jpg
1927년 5차 물리학 솔베이 회의. 이 사진 안의 30명 중에서만 노벨상 수상자가 17명''[21]'이다.[22]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.
  • 솔베이 회의 사진의 물리학자들.
  • 뒷라인
  • 중앙
    • P. Debye/피터 디바이 - 전기 쌍극자의 단위인 디바이, 포논을 통한 고체의 열용량 계산. 1936년 노벨 화학상 수상자.
    • M. Knudsen/마르틴 크누센 - 물질 증착에 사용되는 Knudsen Cell의 발명.
    • W.H.Bragg/윌리엄 헨리 브래그. - X선 회절 분석법의 개발. 브래그 법칙, 1915년 노벨 물리학상 수상자.
    • H.A.Kramers/헨드릭 안토니 크라머르스 - 크라머르스-크로니히의 방법.
    • P. A. M. Dirac/폴 에이드리언 모리스 디랙 - 디랙의 방정식, 반물질 예측 (디랙의 바다). 1933년 노벨 물리학상 수상자.
    • A. H. Compton/아서 홀리 콤프턴 - 콤프턴 효과[27], 콤프턴 계수, 중성자의 발견자, MIT총장 1927년 노벨 물리학상 수상자
    • L. De Broglie/루이 드 브로이 - 물질파의 개념을 최초로 주장해 노벨상을 수상했는데 이거 박사학위 논문이다...[28][29] 1929년 노벨 물리학상 수상자
    • M. Born/보른 - 파동함수의 확률론적 해석을 최초로 주장한 사람. 양자역학 논쟁으로 아인슈타인을 이긴 당대 최고의 "키보드워리어" 1954년 노벨 물리학상 수상자
    • N. Bohr/닐스 보어 - 보어의 원자모형, 하프늄(Hf)에 대한 예견, 물방울 원자핵모형. 원로 + 본좌 + 보스급 라인. 1922년 노벨 물리학상 수상자
  • 앞 라인
    • I. Langmuir/어빙 랭뮤어 - 표면화학 특히 랭뮤어 탐침등으로 플라즈마물리에 공헌. 1932년 노벨 화학상 수상자
    • M. Planck/막스 플랑크 - 플랑크 상수, 양자 역학의 시대를 열었으나[30] 정작 본인은 양자역학을 거부했다. 1918년 노벨 물리학상 수상자
    • M. Curie/마리 퀴리 - 이 사진의 홍일점이자 유일한 여성 노벨상 2관왕, 서로 다른 과학 분야 노벨상을 수상(화학상, 물리학상)한 유일한 인물. 피에르 퀴리와 함께한 연구로 방사능 관련 학문이 아예 새로 만들어졌다. 이과에서 천대받던 여성으로서 당당히 연구성과로서 인정받았다. 마리 퀴리의 시절보다 최소 50년 뒤인 리처드 파인만의 시절에도 여성의 정신 구조는 과학을 할 수 없다라는 분위기였다는 걸 생각하면... 1903년 노벨 물리학상, 1911년 노벨 화학상 수상자
    • H. A. Lorentz/헨드릭 안톤 로런츠 특수상대론의 로렌츠 변환, 로렌츠 법칙 1902년 노벨 물리학상 수상자
    • A. Einstein/알베르트 아인슈타인 그의 3대 업적인 브라운 운동, 광전효과, 상대성 이론[31]은 아예 물리학 하위 과목을 하나씩[32] 창조해낸 위력을 갖고 있었다. 다만 광전효과로 야기된 양자역학에 대해선 플랑크와 마찬가지로 부정적이였다.[33] 노벨상은 바로 그 광전 효과로 한 개 받고 말았다. 1921년 노벨 물리학상 수상자
    • P.Langevin/폴 랑주뱅 - 고전역학의 랑주뱅 역학Langevin dynamics, 고체물리의 랭주뱅 함수
    • Ch.E.Guye/샤를외젠 - 전자의 질량&속도를 실험을 통하여 증명
    • C. T. R. Wilson/찰스 토머스 리스 윌슨 - 윌슨의 안개상자, 이걸로 인해 우리는 방사능을 맨눈으로 볼 수 있게 됐다. 1927년 노벨 물리학상 수상자
    • O. W. Richardson/오언 윌런스 리처드슨 - 열이온의 리처드슨의 법칙. 1928년 노벨 물리학상 수상자
  • 사진 외의 실존했던(하는) 물리학자들 (가나다 순)
    • 가브리엘 리프만
    • 갈릴레오 갈릴레이 - 아리스토텔레스의 힘 이론과, 정확히 말하면 중세 시대에 물체의 운동의 요인으로 널리 받아들여지고 있던 임페투 가설을 부정하고, 갈릴레이의 상대성을 제창함으로써 요하네스 케플러와 함께 뉴턴역학이 나올 토양을 제공했다.
    • 루트비히 볼츠만 - 오스트리아 출신 물리학자로 통계역학에 발전에 큰 공헌을 했다.
    • 레프 란다우 - 소련의 물리학자 양자적 수준에서 자기장, 저온환경에서의 자유전자를 연구해 양자역학, 고체물리학, 초전도현상 발견 등에 공헌했다.
    • 리제 마이트너
    • 리처드 파인만 - 파인만 다이어그램의 창시 등, 양자역학계의 신으로 일컬어진다. 그 외에도 물리학의 교육자로서도 천재적인 재능을 발휘했다. 실제로 파인만 본인은 "Lectures on Physics"[34]라는 물리학 교재를 저술한 것을 평생의 업적 중 제일로 여겼다.
    • 마이클 패러데이 - 전자기 유도의 발견으로 전자기학의 아버지라고 불리고 있다.
    • 머리 겔만
    • 브라이언 그린 - 초끈이론 연구가. 본문에 수식이 나오지 않고 초끈이론에 대해 개괄적으로, 그리고 학문에 비하면 쉽게 설명하는 엘러건트 유니버스와 '우주의 구조'가 유명하다. 그 자신의 업적은 압축된 시공[35]을 수학적으로 다루는 방법이다.
    • 스티븐 와인버그
    • 스티븐 호킹 모두들 알다시피 블랙홀에 있어서 권위자, 아니 그 이상이다. 이 분이 만들어낸 방정식들을 보면 블랙홀의 사건의 지평면의 면적은 그 블랙홀의 엔트로피에 비례하다는 것뿐 아니라 블랙홀이 양전자나 감마선, X선을 방출해낸다는 사실이 나오는데, 이로써 블랙홀이 모든 걸 집어삼킨다는 말이 틀렸음이 증명되었다. 또한 블랙홀이 호킹복사를 통해 입자와 에너지를 방출하며 증발하는데 이는 블랙홀의 수명이 있음을 증명하는 것이다.
    • 아리스토텔레스- 철학자로 알려져 있지만, 당대에는 철학이 모든 학문을 포괄했으며, 그가 세운 물리학 체계가 갈릴레이 등에 의해 부정되기까지 중세를 지배했다는 걸 생각해보면... 참고로 형이상학(Metaphysics)은 물리학(physics) 뒤(meta)에 꽂혀 있는 책에 나온 내용이라서 붙은 이름이다.
    • 아이작 뉴턴 - 이쪽은 아예 근대 물리학을 창시했다. 전자기학과 양자역학을 제외한 거시 세계의 역학에서는 뉴턴의 제2법칙인 F=ma로 표현되지 않는 공식이 있는지를 한번 찾아보자.[36][37] 또 뉴턴 법칙과 더불어 뉴턴의 큰 업적은 미적분학을 탄생시켜 물리량들 사이의 관계를 수식적으로 나타내어 고전역학의 잠재력을 한층 끌어올린 것이다.[38]
    • 앙겔라 메르켈 - 그 유명한 독일 총리 맞는다. 지금은 정치인이지만 물리학 박사 학위를 가진 물리학자 출신이다.
    • 어니스트 러더퍼드 - 원자핵, 나아가선 원자구조의 발견자. 당시까진 전기적이나 역학적으로 바닥상태인, 양전하와 음전하가 균일하게 섞여서 원자를 이룬다고 생각했었다. 그의 구조는 당시의 역학으론 돌면서(가속운동) 전자는 에너지를 잃고(빛을 내놓고) '추락'한다는 문제점이 있었지만, 양자역학이 이를 해결한다. 노벨화학상을 받았다.[39]
    • 어니스트 로런스
    • 에드워드 위튼 - 초끈이론 연구가이자 M이론 제안자. 현대 초끈이론 최고의 권위자 중 하나이다. 물리학자로서는 최초로 필즈상을 탔다. 게다가 학부를 물리학과를 나온 것도 아니고 역사학/언어학을 공부했으며 정치판(민주당(미국)에서 선거운동을 했다)에 몸을 담다가 갑자기 물리학과 대학원을 가서 3년 만에 박사학위를 탄 먼치킨.
    • 엔리코 페르미 - 실험과 이론 모두 탁월한 물리학자로 그의 제자들도 노벨 물리학상을 탔다.
    • 에른스트 마흐
    • 요하네스 케플러 - 스승인 티코 브라헤가 남긴 천체 관측 자료를 면밀히 분석하여 행성 궤도가 원이 아니라 타원이라는 사실을 밝혀내 [40] 결국 천계의 운동도 완전무결한 운동이 아니라는 사상을 불러오게 되어 뉴턴역학의 밑거름이 된다 케플러의 3대 법칙 역시 갈릴레이의 이론과 함께 뉴턴역학의 밑거름이 된다.
    • 유카와 히데키 - 일본 최초의 노벨상 수상자
    • 이휘소 - 재미 한국인[41] 물리학자. 요절하지 않았다면 한국인 최초의 노벨물리학상 수상자였을 것이란 의견이 있다.
    • 제임스 클러크 맥스웰 - 고전 전자기학을 집대성한 사람.[42] 전자기학계의 뉴턴이라고 불러도 손색이 없을 만큼 전자기학을 탄탄하게 집대성했을 뿐더러 그전까지 잘 굴러가고 있던 뉴턴역학에 흠집을 냈다. 전자기파의 진행을 대수적으로 분석하는 과정에서 진공에서 빛의 속도를 결정하는 변수가 상수임이 예견되었고 이는 상대성 이론의 핵심 가정인 '광속 불변의 법칙'으로 이어졌다. 또한 루트비히 볼츠만과 함께 열 관련 문제들에 원자론을 도입하고 이를 위해 통계를 물리학에 도입하는 데 공헌했다. 이 사람 덕분에 상대성 이론과 양자역학, 현대의 열 및 통계물리의 씨앗이 뿌려진 건데, 같이 연구했던 볼츠만은 자살했고 맥스웰은 암으로 요절했다. 사람들이 맥스웰 방정식을 이해를 못 해서 '도깨비 방정식'이라고 불렀다는 이야기는 관련 과목을 들은 사람들이면 다들 알고 있을 것이다.
    • 조지 가모프 - 빅뱅 이론 과학 저술가로도 알려져 있으며 유전자를 구성하는 DNA의 염기가 세 개씩 묶여서 한 단위로 취급될 것을 생물학자들에 앞서 예측한 바 있다. 아미노산이 스무개 남짓인데, 염기가 총 네 종류이므로 두 단위(4^2=16)로는 커버가 안 되고, 네 단위(4^4=256)로는 너무 많기 때문이라고 한다.
    • 줄리어스 로버트 오펜하이머
    • 카를 프리드리히 가우스 - 수학자로써 워낙 유명하지만 가우스 법칙을 발견하고 왜행성 세레스의 궤도를 예측했으며, 베버와 함께 물리학 연구를 한 물리학자이기도 하다.
    • 쿠르트 괴델 - 논리학자이자 수학자로 알려져 있으나 학부생활을 물리학으로 했고, 알베르트 아인슈타인과 친밀하게 지내며 물리학에 대한 의견을 나누기도 했다. 괴델의 물리학적 업적으로는 괴델 우주(회전하는 우주) 모형이 있다.
    • 킵 손
    • 필립 워런 앤더슨
    • 험프리 데이비 - 전기분해를 본격적으로 사용한 최초의 인물이며, 이를 통해 알칼리 금속류를 최초발견했으며 화학결합이 전기적인 것 같다는 가설을 제시, 얼음을 문질러도 열이 발생하므로 열은 물질(열소)이 아니라 운동(=에너지)이라고 주장했으며 탄광용 안전등을 개발했으나… 데이비 최고의 업적은 제본소 알바였던 마이클 패러데이를 발굴해낸 것일지도.
    • 헨드릭 캐시미어 - 캐시미어 효과의 발견자.
  • 참고 문서: 노벨물리학상/수상자
해밀턴
베르누이

8.1. 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.

9. 여담

  • 우스갯소리로 어떤 분야에서 거의 항상 들어맞는 것을 물리학이라고 한다. 대표적인 예로 DTD, 사스날이 있다.


[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] 생명 현상은 너무도 복잡해서 물리학 이론으로 설명하는 데 한계가 있을 것이라고 생각하는 것이다.[13] 환원론자들은 자연과학뿐만 아니라, 심리학, 경제학 등의 학문까지 포함하여 논의한다.[14] 예: 은하, 우주처럼 질량이 아주 큰 세계[15] 뉴턴의 운동법칙(고전역학), 양자역학, 상대성이론, 통계역학 등[16] 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.[17] 물론 소프트웨어만 주구장창 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.[18] 학교에 따라 3학년 과정으로 편성하는 경우도 있으며, 2~3학년에 걸쳐서 편성하기도 한다. (예: 2학년 2학기~3학년 1학기)[19] 수준 문제로 재료공학과, 전자공학과 2학년 전공에서 현대물리학이 개설된 경우도 있다.[20] 정작 자신은 노벨 화학상을 받았다.[21] 노벨물리학상이 15개, 노벨화학상이 3개이다. 수상자는 17명인데 노벨상 개수가 18개인 것은 두말할 것도 없이 퀴리 부인 때문.[22] 그렇다고 이 사진 안의 인물 중 노벨상을 못받은 사람들이 대단하지 못한건 아니다. 노벨상을 받지 못했어도 각자[23] 임의의 연산자의 기대치가 시간에 따라서 어떻게 변하는지에 대한 공식.[24] 양자역학을 대수적으로 접근할 수 있는 도구를 제공.[25] 전자가 하나의 에너지 준위에 두 개까지만 배열될 수 있음. 후에 입자물리학 발전과 함께 페르미온의 배열에 관한 규칙으로 확장된다.[26] 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.[27] X선을 전자에 입사시켜 X선과 전자를 검출한 실험. 빛의 입자성을 뒷받침하는 대표적 실험이다.[28] 다만 그 당시엔 가설에 불과했던 것을 아인슈타인 등 몇몇 사람의 지원 덕에 노벨상을 받았다고 보는 시각이 있다.[29] 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.[30] 그가 물리학을 선택한 시기는 뉴턴역학을 기초로 한 고전역학이 완성단계에 접어들어 한 과학자는 이제 흑체복사에테르(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.[31] 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)[32] 브라운 운동 - 통계역학, 광전효과 - 양자역학, 상대성 이론 - 상대성 이론[33] 이와 관련된 아인슈타인의 발언이 "신은 주사위를 굴리지 않는다"[34] "파인만의 물리학 강의" 라고도 불린다.[35] 초끈이론에 필요한 11차원 중 4차원 시공간을 제외한 나머지 차원이 작은 범위에 압축돼있다는 이론[36] 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.[37] 일반물리에서도 강조하는 게 아인슈타인 이후 현대 물리학으로 뉴턴의 운동법칙 설명하는 것이다.[38] 다만 미적분학은 비슷한 시기에 라이프니츠가 거의 동시에 발표해 뉴턴만의 업적은 아니다. 각자 독립적으로 연구했지만 현대 미적분학에의 기여분은 동등하다고 본다.[39] 상기되어 있듯이 그는 '물리학 이외의 과학은 모두 우표수집'이라고 한 적이 있다.[40] 당시엔 아리스토텔레스의 행성 궤도는 가장 완전한 도형인 원이라는 이론을 믿고 있었다.[41] 최종국적은 미국이다.[42] 전자기학의 대부분의 내용을 이 사람이 만든 4개(혹은 매질에 따른 변화까지 8개)의 방정식인 맥스웰 방정식으로 요약할 수 있다.[43] 현재 아마노가와 학원 고등학교의 교장이지만, 물리학 박사 학위를 가지고 있으니 여기에 포함. 그리고 이쪽은 전투종족수준이 아닌 괴인이다.[44] 키자키 마사노리가 조사한 내용에 따르자면 직업은 물리학자이니 여기에 해당.[45] 사실 동일인물.[46] 록맨 & 포르테의 데이터베이스에서 좋아하는 것이 물리학으로 나온다.

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