물리학 떠먹여드림(2)

오늘은 물리학의 역사를 다뤄보도록 하겠습니다.

인간이 도구를 사용하기 시작한 이래 신체적 지식은 생활의 많은 측면에서 사용되어 왔습니다. 선사시대에는 집을 짓거나 물건을 나르거나 다양한 도구를 만들기 위해 슬로프나 레버, 바퀴 등의 간단한 기계가 사용되었습니다. 또한 천체가 관측되어 돌이나 고인돌에 새겨져 있었는데요. 글쓰기의 발명 이래로 많은 고대 문명이 물리적 지식을 기록하고 후세에 가르쳤습니다. 고대 그리스의 자연철학은 물리학을 본격적인 학문으로 정립하고 자연에 대한 일반적인 설명을 하려고 했다고 볼 수 있습니다.

중세가 되어서도 기계는 개량되었고, 다양한 분야에서 물리적인 지식이 사용되었습니다. 한편 12세기 알하이삼과 같은 이슬람 과학자들은 경험적 방법을 통해 자연현상을 관찰하고 기록하며 과학적 방법의 기초를 닦았습니다. 르네상스 시기에는 많은 서양 학자들도 고대 그리스 시대의 지식을 재발견하였는데요. 이슬람 과학의 영향 아래에서 실험을 중시하기 시작했습니다. 갈릴레오 갈릴레이는 실험과 관찰을 통해 과학적 지식을 발견했고, 후에 물리학 발전에 큰 영향을 끼친 수학적 모델이라고 설명했습니다.

16세기 이후의 과학혁명에서는 많은 사람들이 물리학의 발전에 공헌했고, 르네 데카르트에 의한 직사각형 좌표계의 도입은 매우 중요했습니다. 아이작 뉴턴에 의해 완성된 고전역학은 자연에 대한 우리의 이해를 새롭게 하고, 눈에 보이는 크기의 모든 물체의 움직임에 맞는 모델을 제시했으며, 프랑스 수학자 조셉 루이스 라그랑주는 물리학이 다루는 모든 자연 현상에 대한 수학적 모델을 확립하려고 시도하여 라그랑주 역학을 만들었습니다. 그 후 많은 물리학자와 수학자가 물리 현상을 정확하게 설명하는 수학적 모델을 발견했는데, 소피 저메인은 탄성 방정식을 발견했고, 레온하르트 오일러는 달의 보다 정확한 위치를 계산하는 알고리즘을 개발했습니다. 수학적 모델을 확립하기 위한 이러한 노력은 시들지 않고 계속되어 18세기부터 19세기에 걸쳐 현재 고전물리학에서 다루고 있는 대부분의 자연현상의 수학적 모델이 확립되었습니다. 한편 과학혁명 이후 물리학의 발달은 다양한 자연현상에 대한 연구와 발견으로 이어져 전자기학, 열역학 등의 다른 분야가 확립되었습니다.

20세기 초, 물리학은 패러다임의 전환을 경험했는데요. 한편 앨버트 아인슈타인은 상대성이론을 발표하면서 고전물리학에서 불변물로 취급되던 시간과 공간이 불변물로 취급되지 않게 되면서 고전역학에서 절대시간과 절대공간이라는 개념은 버려졌습니다.

시간과 공간이 기하학적으로 통일된 민코프스키 시공을 헤르만 민코프스키가 도입했을 때, 시간과 장소는 더 이상 독립적인 것으로 간주되지 않고 통일된 시공의 개념으로 취급되었습니다. 한편 흑체 방사선 연구에서 비롯된 양자역학의 등장은 필연적으로 우주를 구성하는 물질의 상태에 대한 일반적인 설명에 근본적인 변화를 가져왔는데요.

20세기 후반에는 물리학이 다양한 하위 분야로 나뉘면서 카오스 이론, 통일필드 이론, 끈 이론 등 새로운 이론물리학 가설이 등장했습니다. 물리학에는 아직 해결되지 않은 문제가 있으며, 많은 물리학자들이 그것들을 해결하기 위해 열심히 노력하고 있습니다.

물리학은 우주의 법칙을 이해하려는 학문이지만 물리학의 이론은 적용 가능한 범위 내에 있습니다. 간단히 말하면 고전물리학의 법칙은 원자보다 크고 빛의 속도보다 훨씬 느리게 움직이는 시스템을 설명하고 있습니다. 이 범위를 넘어 관찰은 고전 물리학이 예측한 것과 일치하지 않습니다. 앨버트 아인슈타인은 절대 공간과 시간의 개념을 시공의 개념으로 대체하여 빛의 속도에 가까워지는 성분을 가진 시스템의 보다 정확한 설명을 가능하게 한 특수 상대성 이론을 제안했습니다. 막스 플랑크와 어윈 슈뢰딩거가 이끄는 양자역학은 확률에 기반한 입자와 상호작용 개념을 제공해 원자와 더 작은 크기의 정확한 설명을 가능하게 했는데요. 그 후, 양자장 이론은 양자역학과 특수 상대성 이론을 통일했습니다. 일반 상대성 이론은 동적이고 곡선적인 시공을 기술하여 매우 무거운 시스템과 거대한 천체의 설명을 가능하게 합니다. 일반 상대성 이론은 아직 다른 이론과 통일되지 않았지만 양자중력의 몇몇 후보 이론이 성장하고 있습니다.