물리학 떠먹여드림(3)

오늘은 물리학의 미래에 대해서 한 번 살펴보도록 하겠습니다.

오늘날 물리학 연구는 다양한 방향으로 발전하고 있습니다.

응축 물질 물리학에서 가장 중요한 해결되지 않은 문제는 고온 초전도입니다. 스핀트로닉스와 양자 컴퓨팅도 주로 실험 분야에서 연구되고 있는데요.

소립자 물리학에서는 표준 모델을 넘는 실험적인 지표가 있습니다. 이들 중 가장 중요한 것은 중성미자에는 질량이 있다는 발견인데, 거대 중성미자의 영향과 발견은 이론적으로나 실험적으로 활발하게 연구되고 있습니다. 이러한 실험 결과는 태양의 표준 모델에서 태양 중성미자 문제의 오랜 문제의 해결책으로 여겨지고 있으며, 입자가속기의 충돌 에너지 범위가 TeV로 늘어남에 따라 힉스 입자가 입증돼 초대칭 입자와 암흑물질 발견이 기대됩니다.

이론물리학에서는 양자역학과 일반상대성이론을 단일화하는 양자중력을 찾으려는 노력이 반세기 전부터 이어지고 있지만 아직까지 뚜렷한 성과는 나오지 않고 있으며, 현재 가장 중요한 분야는 M이론과 루프 양자중력을 포함하는 초끈이론입니다.

초고에너지 우주선의 문제, 바리온 비대칭과 우주 가속도의 문제, 은하 회전의 문제 등 천체물리학과 우주론의 많은 문제들도 충분히 이해되지 않고 있습니다.

고에너지물리학, 양자물리학, 천체물리학에서는 많은 진보가 있었지만 우리는 아직 일상생활 속 현상인 복잡한 시스템, 혼돈, 난기류를 이해하지 못하고 있습니다. 복잡한 시스템의 문제는 사주의 형성, 물의 흐름, 물방울의 모양, 표면장력, 대재앙 이론 등 역학을 잘 적용하는 방법의 문제인 것 같지만 아직 해결되지 않은 문제가 많습니다. 1970년대 이후 복잡한 시스템의 문제가 더 큰 주목을 받았고, 이는 현대 수학 물리학과 컴퓨터의 발전과 관련이 있는데요. 복잡한 시스템의 물리학은 유체역학의 난류나 생물학에서의 패턴 형성 등 다른 분야와의 상호 연결성 관점에서도 중요합니다.

응축 물질 물리학은 물질의 거시적 물리적 성질을 다루는 물리학 분야인데요. 특히 시스템 구성요소의 수가 매우 많고 요소 간 상호작용이 강할 경우 발생하는 '응축' 상태에 주로 관심이 있습니다.

응축 상태의 가장 잘 알려진 예는 고체와 액체로 원자 간의 결합과 전자기력에 의해 형성됩니다. 보다 특이하고 흥미로운 응축 상태에는 매우 낮은 온도에서 특정 원자계에서 볼 수 있는 초유동체와 보스-아인슈타인 응축물이 있으며, 전도 전자에 의한 물질의 초전도성, 원자 격자에서 스핀 정렬에 의한 강자성과 반강자성에 의한 물질의 초전도성입니다.

응축물 물리학은 오늘날 물리학의 가장 큰 분야입니다. 역사적으로 응축물 물리학은 고체 물리학에서 발전했고 고체 물리학은 여전히 주요 하위 분야 중 하나입니다. '응축물질물리학'이라는 용어는 1967년 필립 앤더슨이 연구그룹의 이름을 바꾸면서 만들어진 것 같습니다.

1978년 미국 물리학회의 솔리드 스테이트 물리학 부문은 응축물질 물리학 부문으로 명칭을 변경했습니다. 응축 물질 물리학은 화학, 재료 과학, 나노 테크놀로지, 공학과 많은 관련이 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 있는데요. 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 제안했으며, 막스 플랑크와 어윈 슈뢰딩거가 이끄는 양자역학은 확률에 기반한 입자와 상호작용 개념을 제공해 원자와 더 작은 크기의 정확한 설명을 가능하게 했습니다. 그 후, 양자장 이론은 양자역학과 특수 상대성 이론을 통일했는데요. 일반 상대성 이론은 동적이고 곡선적인 시공을 기술하여 매우 무거운 시스템과 거대한 천체의 설명을 가능하게 하며, 일반 상대성 이론은 아직 다른 이론과 통일되지 않았지만 양자중력의 몇몇 후보 이론이 성장하고 있습니다.