물리학

 




▲ '''물리학의 일반적인 이미지 '''
1. 개요
2. 인식
3. 어원
3.1. Physics
3.2. 物理學
4. 분류
4.1. 고전과 현대 물리
4.2. 이론물리학과 실험물리학
4.3. 연구 대상에 따른 분류
4.4. 이론에 따른 분류
4.5. 분야별 연구 규모
5.1. 자연철학의 시작
5.2. 뭔가 이상한데?
5.3. 역학의 완성
5.4. 역학 이외의 물리학 - 물리학의 완성?
5.5. 상대성 이론과 양자혁명
6. 교육과정
6.1. 중고등학교 과정
6.2. 대학 학부과정(물리학과)
7. 관련 어록
8. 각종 오해와 통념들
9. 물리학자들
9.1. 가상의 물리학자들
9.2. 관련 문서
10. 여담
11. 물리학의 영역에 대한 과학철학적 이야기
11.1. 철학적 관점에서의 물리학의 궁극적 목표
11.2. 보편과학과 현상과학
11.3. 물리학과 수학
11.4. 과학철학적 관점의 유의미성
12. 관련 문서
12.1. 관련 틀


1. 개요

物理學 / Physics
전기, 열, 에너지, 힘 등 자연의 가장 근본적이고 보편적인 법칙을 연구하는 자연과학이다. 물리학자들은 자연의 법칙을 찾아내어, 기존에 알려진 현상을 논리적으로 설명하거나, 알려지지 않은 현상을 예측한다.

2. 인식

보통 나무도막이나 구슬 같은 장치들이 충돌하고 떨어지는 이미지를 떠올리거나 전기회로, 자석 갖고 실험하는 학문이라는 인식이 있다. 아예 무엇을 다루는지조차 애매해 하는 사람도 많은데, 화학이나 생물학에 비해 선호도가 낮기 때문이다.
학문의 일반적인 기초는 고전역학, 열역학, 전자기학이지만, 대중매체나 SF영화의 영향 때문인지, 대중은 위와 같은 기초적인 분야보다 정작 상대성 이론, 양자역학, 우주론 같은 심화 분야를 이미지로 주로 연상하는 편이다. 다만, 화학자나 생물학자는 널리 알려지지 않는 반면 물리학자에 대해서는 나름대로 인지도가 높다. 아이작 뉴턴, 알베르트 아인슈타인, 마리 퀴리, 스티븐 호킹 등이 그 예다.
과학 교육과정에서는 가장 먼저 수식을 다루는 부분이 나오기 때문에 수학 같다는 이미지가 있다. 이른바 ‘거리=시간·속력’ 공식이나 [math(F=ma)] 공식 정도는 알고 있는 일반인이 적지 않다. 수식적 증명이나 (시각적이기보다) 추상화된 개념을 다루는 학문 특성 탓에 이과생들 사이에서도 선호도가 낮은 편인데, 요즘 고등학교 이과생 100명 중 15명 정도만이 물리학을 수험 과목으로 선택한다.[1] 물리학을 아예 놓는 사람을 물포자라고 일컫기도 하는데, 대부분의 이공계 대학 학과에서 물리학을 필수 교양 혹은 전공으로 걸어놓기 때문에, 대학에 진학한 이과생들 사이에서도 '고등학교 때 잘 안 해놔서 후회하는 과목'으로도 꼽히기도 한다.[2]

3. 어원


3.1. Physics

물리학을 뜻하는 영단어 physics는 자연을 의미하는 그리스어 φύσις(physis, 퓌시스)에 기원을 지니며, 자연계의 사물을 이론적으로 취급하는 학문이 '자연학(physika)'이라고 불린 것에서 유래한다. 퓌시스는 본성, 혹은 자연을 뜻하는데 이를 라틴어로 옮기면 natura, 영어로 옮기면 nature가 된다. 그리고 퓌시스와 비슷한 의미로서 거의 세트로 붙어다니는 단어가 있는데, 바로 οὐσία(ousia, 우시아)이다. 이를 라틴어로 옮기면 substantia 혹은 essentia이고, 다시 영어로 옮기면 substance 혹은 essence, 한국어로 옮기면 본질, 실체다.[3] 정리를 하자면, physics라는 단어 속에 이미 본성(nature), 본질 · 실체(substance)에 대한 탐구심이 들어있는 것이다. 다만 물리학은 본성· 본질 · 실체에 대하여 형이상학적으로 논하지는 않는다. 형이상학을 뜻하는 영단어 metaphysics의 어근에서 보듯, physics가 metaphysics적 의미를 다루면 반칙이니까(...)[4]

3.2. 物理學

'물리학'이라는 단어는 한자로 '物理學'인데, 이 단어는 말 그대로 만물의 이치를 탐구한다는 뜻을 담고 있다.
서양 과학이 도입되던 청 말기의 중국에서는 물리학을 '격치학'이나 '격물학'으로 불렀다. 성리학에서 '세상의 이치를 꼼꼼하게 따져 알아낸다'는 '격물치지'(格物致知)에서 유래된 것이다.
'물리'(物理)라는 말은 오래 전부터 더 넓은 의미로 쓰던 것이다. 초나라의 갈관은 '갈관자'의 '왕부편'에서 물리를 '모든 것의 진실'이라는 의미로 사용했다. 오나라의 양천이 쓴 '물리론'이라는 책도 있다. 명·청의 학자 방이지는 현대의 인문학과 자연과학을 모두 아우르는 분야를 소개하는 '물리소식'(物理小識)이라는 백과사전을 펴내기도 했다.#
한국에는 이 단어가 일본으로부터 학문을 수입하면서 같이 넘어온 것으로 알려져 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[5]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. 이론에 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

[image]
▲ 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 별것 아닐 것 같이 느껴질지 모르겠지만, 그렇지 않다. 고온 초전도체부터가 아직 완전히 설명되지 않았고, 유체역학에서의 난류처럼 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 분야들도 아직 미해결 문제가 많고, 입자물리나 천체물리 못지않게 복잡하기 때문에 응집물질이나 반도체 같은 물리분야를 깎아내리는 말은 절대로 하지 말자.

5. 역사


현대적 의미의 물리학은 19세기 중엽에 운동, 빛, 소리, 전기, 자기, 열, 물질의 물리적 성질 등의 여러 오래된 과학을 종합해 형성되었다. 원래 근대 이전의 과학은 세분화되지 않고, 소위 자연학(Φυσικὴ, 퓌시케) 또는 자연철학이라는 이름 하에 자연의 모든 것을 그 연구 대상으로 삼았다. 그런데 르네상스기를 지나고 17세기에 들어서서, 자연학은 급속히 진보하여 화학을 비롯한 천문학, 지질학, 광물학, 동물학, 식물학 등이 독립하였다. 그리하여 자연학에 남아 있는 것은 (고전)역학, 광학, 열학, 음향학 등이었는데, 이것들과 나중에 흥하게 된 전자기학이 함께 묶여서 19세기 중엽에 물리학이라는 이름으로 불리게 되었던 것이다.(그리고 이후 원자에 관한 지식이 증가하면서 양자 역학이 물리학에 추가되었다.) 사실 '물리학자(physicist)'라는 말이 W. 휘웰에 의해서 만들어진 것은 1840년의 일에 지나지 않는다.

5.1. 자연철학의 시작

인간은 옛날부터 자신들이 살고 있는 자연에 대하여 많은 의문을 품어왔다. 만물은 무엇으로 되어 있을까? 자연 현상은 왜 일어나는 것인가? 누군가는 종교에 의존하고, 누군가는 철학에 의존하였으며, 미신에서 벗어나기 시작한 옛 ''지식인''들은 그럴 듯한 설명을 내놓기 시작했다. 유학은 세상을 덕으로, 도가는 세상을 도로 설명하며, 힌두교는 윤회와 여러 신, 이집트 역시 번개, 구름, 강, 태양의 신 등을 내놓아 설명하기 시작했고, 그리스 역시 이를 따르다 결국 인도와 중국처럼 철학자들의 시대가 도래했다.
그중 한 서양의 철학자, 아리스토텔레스는 이러한 질문들에 대한 답을 꽤 그럴듯하고 구체적으로 만들어냈다. 그의 논리를 따르면, 움직이는 물체는 아무런 힘이 작용하지 않는다면 결국 정지하고 만다. 또, 더욱 완전한 영역인 천체들은 영구적인 원운동이 정상적이며 이러한 운동을 하는 데 아무런 힘이 필요하지 않다는 것이다.[6] 현대의 우리는 그를 비웃지만, 그는 그 나름대로 논리적인 해석을 한 것이다. 그 당시에는 마찰력과 공기저항의 존재를 몰랐으며, 천체는 특별한 수단이 없이 그 자리를 계속해서 돈다. 이러한 아리스토텔레스의 해석은 한동안 묻혔으나[7] 그리스인들이 보존한 저서들이 십자군 전쟁 이후 서유럽에 다시 전해졌는데, 당시 엄청난 센세이션을 일으켰을 정도로 나름대로 자연에 대한 통찰이 가득했고,[8] 아리스토텔레스의 해석은 근대과학이 태동하기 전까지 서양 세계에서 지배적인 자연관(우주관)의 위치를 차지하였다.

5.2. 뭔가 이상한데?

16세기 후반에서 17세기 초, 처음으로 운동을 설명하기 위해 관성의 개념이 창안되어 도입되기 시작했다. 데카르트와 갈릴레이. 데카르트는 물체가 운동할 때 '관성'으로 인해 원 위가 아닌 직선의 경로를 따라 운동한다고 믿었다. 그는 전통적인 아리스토텔레스의 사고를 벗어나 오직 자신의 사고만을 믿을 수 있다고 생각했다. 따라서 그는 천체의 원운동에는 어떠한 물리적인 힘이 가해진다고 생각했는데, 그게 뭔지는 몰랐다. 그는 그 힘이 '앞으로 몰아가는' 힘이 아니라 '안쪽으로 잡아당기는' 힘인 것을 상상해내지 못한 것이다. 결국 그는 공간을 채우는 에테르라는 물질의 소용돌이에 의해 천체들이 원운동을 한다고 믿게 됐다.
반면 갈릴레오는 데카르트의 100% 사고실험이 아닌 실험 결과와 명백한 논리에 의거하여 점차 뉴턴의 운동법칙에 근접해갔다. 진자의 주기가 진폭에 상관없이 일정하다는 사실을 밝혀 냈으며[9], '무한히 미끄러운' 평면에서는 물체가 정지하지 않고, 멈추려면 오히려 힘이 필요하다는 사실을 추론해냈다. 하지만 이것이 한계였다. 그의 시대에서 자연에 대한 세계관은 과학적 발견과 상관 없이 전지전능한 조물주의 음악에 발맞추어 행진하는 피조물이었으며[10], 직선운동도 궁극적으로는 원운동을 하게 됨으로써 질서를 갖춘다고 보았다. (Fowles의 해석역학 참조.)

5.3. 역학의 완성

결국 아이작 뉴턴이 나타났다. 그는 지상에 흩어져 있는 물리학 지식의 파편들을 모아 세 가지 법칙을 만들었다. 뉴턴은 지금까지의 모든 관찰 결과들이 이 세 가지 법칙을 만족한다는 사실을 깨달았고, 이를 프린키피아 세 권에 담았다. 그의 방법을 이용하면 물체의 초기 조건을 아는 경우 그 후 물체가 어떻게 운동할 것인지를 알아낼 수 있다. 하지만 단점이 하나 있는데, 물체가 왜 그렇게 운동하는지를 모른다는 사실이다. 뉴턴 자신도 이를 인정했으며, 그는 물체가 왜 이렇게 운동하는지에 대해서는 전혀 언급하지 않았고 단지 이렇게 계산하면 결과가 실제와 정확하게 일치한다는 것을 보였다. 이렇게 '''고전역학'''이 탄생하였으며 뉴턴 이전에 철학의 한 부분이었던 물리학을 뉴턴 이후에는 수학의 언어로써 인간이 이를 쉽게 다룰 수 있게 했다.

5.4. 역학 이외의 물리학 - 물리학의 완성?

뉴턴이 고전역학을 시작해서 마무리짓고, 광학을 개발했다. 이는 곧 자연을 탐구하는 모든 학문과 계몽사조에까지 거대한 영향을 미쳤다. 곧 많은 철학 분야에서 '''뉴턴주의'''를 지향, 뉴턴의 방법론을 시도해보기 시작했으며, 심지어는 다른 과학분야들 역시 뉴턴의 계량적 사조에 큰 영향을 받았다. 그 뒤로 '''열역학'''이라는, 뚜렷이 고전 역학과 다른 신묘한 분야가 개발되기 시작했고, '칼로릭 이론'이라는 틀린 이론을 통해 시행착오를 겪은 뒤 카르노의 원리 등을 시작으로 열에서도 제대로 된 물리학적 고찰이 이어지기 시작했다. 이는 열역학 제1법칙과 열역학 제2법칙을 통해 정량적인 열역학 개념을 완성해 나갔다. 고전역학이라는 수학분야, 광학이라는 실험분야와 함께 열역학이라는 또 하나의 물리학 분야가 탄생한 것이다.
열역학이 탄생한 뒤는 물리학에는 당시만 해도 다른 학문으로 취급받았던 두 가지 다른 분야가 탄생했다. 하나는 고전역학으로 완전수학화가 이루어져 연구가 끝나가던 수학분야. 또 하나는 열, 빛, 자기, 전기 같은 산만한 지식에 대한 단편적인 실험을 통한 학문이었으며, 그마저도 실험과학이라고 부르기 애처로운 수준이었다고 한다. 전혀 달라보였던 두 학문은 수학화를 통해 점진적으로 하나라는 인식을 가지게 되었으며, 특히 에너지라는, '본질적으로 같은 의미'라는 생각을 할 수 있게 만들어준 개념이 큰 역할을 했다고 한다. '''전자기학''' 역시 맥스웰이 전자기학을 확립하며 물리학계는 침체기를 맞았다. 더 이상 딱히 할 게 없다! 지구 상의 모든 연상 가능한 경우에 대하여 지금까지 발전되온 법칙들을 쓰면 돌의 충돌부터 지구의 공전까지 설명되지 않는 것이 없다. 19세기의 물리학자였던 켈빈은 "이제 물리학자들이 할 일은 소수점 아래 자리를 늘리는 것입니다"라는 말을 남겼다. 인간은 드디어 자연을 발 아래에 둔 것인가?

5.5. 상대성 이론과 양자혁명

그리고 19세기 프로이센. 보불전쟁은 끝났지만 아직도 과학기술의 주도권은 프랑스에게 있었다. 그러나 알자스 로렌도 먹었겠다, 독일 제국의 황제는 철강산업을 포함한 모든 산업기강을 발전시키려고 했다. 그가 과학자들에게 가장 처음 명한 것은 "저 망할 용광로의 온도를 어떻게 재는가?"에 대한 답. 물리학자들이 내놓은 대답은 쉬웠다. 온도계를 못 넣는다고? 그럼 스펙트럼을 측정하면 되지. 이 대답과 함께 과학자들은 흑체가 내놓는 스펙트럼과 온도의 관계에 대해 연구하기 시작한다.
문제는 흑체에서 시작되었다. 흑체가 방출하는 빛을 파장에 대하여 줄세우면, 고전물리학에 따르면 파장이 짧아질수록 그 양이 무한대로 치솟아야 한다. 이건 애초에 결론 자체가 비현실적인 데다[11], 실제 실험값은 파장이 길 때는 잘 맞지만, 짧을 때는 오히려 더 0에 근접해간다! 물리학의 모토가 무엇인가? 틀리다고 증명될 때까지 믿는다. 이제 그 믿음을 깨야 할 때가 왔다.
막스 플랑크는 이 현상을 양자라는 개념의 도입으로 설명해냈다. 에너지가 양자화 되어 있다고 가정하고 그래프를 그려보니 실험결과와 일치했다. 근데 뭐? 에너지가 연속적이지 않다고? 플랑크 자신도 그 결과를 인정하지 못했다고 한다.
한편, 맥스웰은 자신이 정리해서 발표한 4개 방정식으로부터 빈 공간에서의 전자기 유도에 의한 결과물이 파동이고, 그 속도가 $$1/\sqrt{\epsilon_0 \mu_0}$$ 로써 알려진 빛의 속도와 일치한다는 것을 알게 되고, 빛의 본질이 전자기파라는 것을 밝혀낸다. 또한, 하위헌스를 비롯한 과학자들은 빛이 회절한다는 사실을 밝혀냈으며, 빛은 파동이라고 믿게 된다. 그런데, 아인슈타인이 광전효과에 관한 논문을 제출함으로써 빛이 입자라는 사실을 입증해냈다. 그 뒤에 이어지는 수많은 물리학자들의 밤샘연구를 딛고 결국 빛은 파동성과 입자성을 동시에 지닌다는 사실로서 인정이 된다.
빛이 파동성을 지니기 때문에 그 당시 이론으로는 분명 우주는 진공이 아니라 다른 물질로 채워져 있어야만 했다. 따라서 지구의 자전/공전방향을 생각했을 때 빛의 속도는 측정하는 방향에 따라 분명 차이가 날 것이라고 생각했다.[12] 이를 생각한 것이 마이컬슨과 몰리였고, 유명한 뮤츠의 실험[13]을 전 세계를 돌아다니며 했지만, 결국 빛의 속도가 항상 일정한 것으로 보아 지구와 태양 사이는 진공이고, 에테르가 없다는 결론을 얻는다.[14] 이때, 아인슈타인은 이 실험 결과를 통해 새로운 해석을 하게 되는데, 이것이 특수상대성이론의 시발점이다. 아인슈타인은 '빛의 속도는 진공에서 어느 관성계에서나 ''c''다', '물리법칙은 모든 관성계에서 동일하다'라는 두 가지 가정을 통하여 특수상대성이론을 발표한다. 또 이를 발전시켜 '중력질량과 관성질량이 같지 않은 예외가 하나도 없으니 우리 그냥 같다고 보자'라는 가정으로 일반상대성이론을 발표한다. 자세한 내용은 상대성 이론 참조.
후에, 루이 드 브로이는 '어 그러면 입자도 파동이겠네?' 하고(물론 식 유도도 하고 논문도 썼다.) 입자의 파동성을 제안한다.[15] 그리고 실제로 전자도 회절무늬가 생겼다. 결국 물질은 분자, 이온이 무극성분자와 이온결합 사이의 어떠한 상태이듯이 입자와 파동 사이의 어떠한 상태라고 결론짓게 된다. 특히 입자 중에서 질량이 작은 전자는 파동의 성질이 두드러지게 나타난다. 보어는 이 사실을 이용하여 '전자의 각운동량이 양자화되어 있다(또는 정상파조건을 만족해 에너지 손실이 없다)'라는 가정을 바탕으로 수소원자의 선스펙트럼을 정확하게 설명해낸다. 특별히 유도해낸 결과가 아니라 '이렇게 될 것이다'라는 가정에서 출발하여 얻은 실험적 결과다.
에르빈 슈뢰딩거는 드브로이의 의견에 따라 전자를 파동으로 다루어 파동함수라는 새로운 함수를 도입, 파동함수를 구하는 방정식을 유도해냈다.[16] 이것이 슈뢰딩거 방정식이다. 그러나 슈뢰딩거의 의도와는 다르게 이 파동함수가 의미하는 것이 있었다. 막스 보른은 파동함수를 확률함수라고 새로운 해석을 하였고, 파동함수가 각각의 에너지 상태에 존재하는 전자가 있을 수 있는 확률밀도함수를 의미한다고 생각하였다. 그 후 파동함수의 절댓값의 제곱(참고로 파동함수는 복소수다.)이 입자가 그 위치에 존재할 확률밀도함수라는 코펜하겐 해석을 받아들였고, 운동량연산자와 위치연산자를 들이대는 순서에 따라('측정하는 순서에 따라'로써 해석이 가능하다.) 결과가 달라지는 것을 보고 베르너 하이젠베르크의 불확정성 원리가 발표되었다.[17] 그 후에 폴 디랙이 특수상대론과 양자역학을 결합해 디랙 방정식을 만들었다. 하이젠베르그의 행렬을 이용한 해석법[18]과 슈뢰딩거의 파동함수를 이용한 해석법을 정리하여 양자역학이라는 이론으로 정리됐다.

5.6. 현대물리학

현대물리학은 소립자와 그 소립자 간의 상호작용을 다루는 표준 모형과 중력을 상대론적으로 기술하는 일반 상대성 이론이 토대를 구성하고 있다. 표준 모형은 상대론적 양자장론으로 기술되는데 미시적인 현상을 다루는 데 효과적이나 중력을 포함하고 있지 않다.[19] 일반상대론은 양자역학적이지 않은 고전적인 이론으로 거시적인 중력현상을 잘 설명하여 작게는 GPS위성 신호의 중력편이에서부터 크게는 우주론에까지 응용된다.
물리학자들은 두 토대를 따로 적용하거나 제한적인 조건에서 적당히 결합하는 것으로 아주 잘 맞는 결과들을 얻어왔다. 그러나 이 둘을 동시에 제대로 적용하는 방법, 즉 양자역학적인 중력이론인 양자중력이론은 아직 없다. 따라서 이 둘을 동시에 제대로 적용해야하는 블랙홀의 특이점이나 우주론에서 거론되는 빅뱅 직후의 우주 같은 극단적인 고에너지 미시현상들은 아직 제대로 연구 할 수가 없다. 양자중력 이론의 부재는 물리학의 '''최종 목표'''인 "하나의 이론체계로 최대한 많은 것을 설명하는 것"에 이르는 길목에 자리한 거대한 장애물이라 할 수 있다.
쉽게 생각 할 수 있는 접근 방법은 중력을 잘 알려진 양자장론의 체계로 기술하는 것인데 이를 시도하면 재규격화가 불가능한 이론이라 현재로선 이 이론을 이용하여 의미있는 값을 얻을 수 없다. 따라서 물리학자들은 다른 방법을 시도해왔다. 이 시도들 중 비교적 잘 알려진 것이 초끈 이론이니 루프 양자 중력 이론이니 하는 것들이다. 양자중력 문제외에도 암흑물질이나 암흑에너지에 대한 이론을 찾는 것 역시 현대 물리학의 주요 과제다. 또한, 천문학에는 물리학이 설명하지 못하는 미스테리가 남아있으며, 암흑물질이나 암흑에너지의 발견을 비롯하여, 코로나 문제 같이 아직 완전히 풀리지 않은 문제가 산재해 있다.
한편 이처럼 아직 확립되지 않은 새로운 이론을 연구를 하는 건 전체 물리학자들 중에서는 소수이고, 다수의 물리학자들은 이미 확립된 이론을 이용해 알려진(혹은 관측된) 현상을 논리적으로 설명하고, 새로운 현상을 예측 및 발견하는 연구를 한다. 그런데 이건 지극히 자연스러운 모습이다. 과학철학자이자 물리학 박사인 토마스 쿤이 얘기했듯이, 원래 대부분의 과학자들은 과학자 사회에 어떤 패러다임[20]이 정착된 이후에는 그 패러다임을 이용하여 각종 문제를 푸는 활동[21]에 종사하는 사람들이지, 새로운 패러다임을 찾으려는 사람들이 아니다. 다만 문제풀이 활동 중, 기존 패러다임으로는 도저히 풀리지 않는 현상이 발견됐을 때[22], 비로소 새로운 패러다임을 찾으려는 소수의 사람들[23]이 등장하고, 그 시도가 성공하면 소위 과학혁명(패러다임 시프트)이 이루어지는 것이다. 따라서 물리학자들 대부분이 새로운 이론(새로운 패러다임)을 만드는 연구보다는 기존 이론(현재의 패러다임)을 가지고 각종 현상을 예측 및 설명하는 연구에 종사하는 것은 토마스 쿤의 설명에 의하면 지극히 자연스러운 모습이다.
현대에 와서는 물리학의 방법론이나 물리학적 사고방식이 전통적인 자연과학이 아닌 분야에 영향을 끼치기도 했다. 예를 들어 미시와 거시영역 중간에 걸쳐있고 많은 입자를 통계적으로 다루며 이전의 열역학을 확장한 분야인 통계역학에서 나온 엔트로피 개념이 정보이론에 연결되며 빅 데이터 프로세싱이나 네트워크 구성, 파일 압축이론 등에도 사용된다. 이런 걸 제외하더라도 현재 양자역학의 표준 해석이 확률론적이기 때문에 직접은 아니더라도 연관될 수밖에 없다.
어떻게 보면 아이러니하지만 세계에 대한 이해 방식으로서의 물리학은 형이상학적 질문의 토대가 된다. 이론 자체가 갖는 의미에 대해서도 탐구가 필요하며, 이 부분은 과학철학이지만 일부 물리학 전공 교수들은 부전공으로 이쪽을 파기도 한다. 양자역학의 그 말할 수 없는 모호함과 이것이 가져오는 현실의 의미에 대한 혼란은 철학적으로도 아주 좋은 연구 주제가 된다.

6. 교육과정

보통 고등학교 2학년 때부터 이과생이 전문적으로 배우기 시작하는데 수학과의 연관성이 상당하다. 그래서 수포자들은 당연히 피를 본다.[24] 물포자 문제가 있는데 물포자와 비슷한 말로 물안개('''물'''리 '''안'''해 '''개'''새끼야)를 외치는 학생들도 많이 나오고, 일부 선생들에겐 '제물포', 즉 '''제'''(쟤) 때문에 '''물'''리 '''포'''기란 별명이 많이 붙는다고. 고등학교, 대학교에서 물리학-수학 관계가 어떤지는 해당 문서 참조바람.[25]
기계공학, 토목공학, 전기공학 등 공학의 많은 영역들도 물리학을 기반으로 깔고 있다. 화학공학도 언뜻 보면 화학 위주일 것 같지만 오히려 열역학, 유체역학 등 물리학이 더 중요하게 다루어진다. 요새 뜨고 있다는 나노공학[26] 역시 깊게 들어가면 물리학을 만나게 된다. 즉 웬만한 공과대학에 들어간 것 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

  • 대한민국 정규 교육과정
    • 통합과학
    • 물리학Ⅰ[27]
    • 물리학Ⅱ[28]
  • 자사고, 과학고, 과중고에서 채택할 수 있는 교육과정
  • 자사고, 과학고, 영재고, 및 국제고 일부 교과과정에서 채택할 수 있는 교육과정

6.2. 대학 학부과정(물리학과)

1학년
2학년
  • 고전역학
  • 전자기학[29]
  • 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.[30]
  • 수리물리학 : 물리학에서 주로 사용하는 수학적 도구에 관한 내용을 배운다. 선형대수학, 미분방정식, 텐서기하학, 복소함수론 등을 다룬다.
3학년
그 외 학교에 따라서는 유체역학을 전공심화과정으로 배운다.
고전역학, 전자기학, 양자역학, 열통계역학을 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 말'''로 전달합니다.

- 폴 디랙(Paul Dirac)

All science is either physics or stamp collecting.

물리학 외의 과학은 우표수집에 불과하다.[31]

- 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford)

There is nothing new to be discovered in physics now. All that remains is more and more precise measurement.

이제 물리학에서 새롭게 발견될 것은 아무 것도 없다. 측정을 더욱 정밀하게 하면 될 뿐이다.

- 윌리엄 톰슨(캘빈 남작), 1900년.[32]


8. 각종 오해와 통념들


  • 무거운 물체가 더 빨리 떨어진다.
    • 무거운 물체라고 꼭 빨리 떨어지진 않는다.낙하산은 14kg쯤 되지만 1kg짜리 납덩이가 더 빨리 떨어지지 않는가? 거의 같은 무게 / 밀도인 풍선이 바람 넣었을 때와 안 넣었을 때 떨어지는 속도가 차이나지 않는가? 공기저항은 무게가 아니라 형상과 밀접한 관계가 있다. 그러나 아리스토텔레스 기반의 세계관에서는 무게와 떨어지는 속도가 비례하는데, 물론 실제론 크게 다르다. 이 가설은 갈릴레오 갈릴레이가 증명하기 전까지는 정설로 되어 있었다.[33] [34]
  • 엠파이어 스테이트 빌딩 꼭대기에서 떨어뜨린 동전에 사람이 맞으면 죽는다.
    • 공기 저항이 있기 때문에 55~105km/h 정도의 속도로 떨어지며[35], 맞은 사람은 굉장히 아프긴 하겠지만 죽지는 않는다. 하늘에서 떨어지는 동전 사이즈의 우박을 맞고 사람이 죽지는 않는 것과도 비슷하다. 이는 엠파이어 스테이트 빌딩 초창기에 가이드가 과장 섞어 홍보하던 것에서 유래했다는 이야기가 있다.
  • 우주에서는 총알이 발사되지 않는다.
    • 발사된다. 해당 문서 참고.
  • 타코마 다리는 공진현상으로 인해 무너졌다.
    • 해당 문서 참고. 공진과는 전혀 상관없는 이유로 무너졌다.
  • 백지장도 맞들면 가볍다.
    • 백지장을 조금이라도 서로 잡아당기면 오히려 무거워진다.
  • 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.『물리』 물체의 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 어줍잖게 이과 부심 부린다고 "인생은 속도가 아닌 방향이다" 라는 말에 "속도엔 방향이 포함되어 있다" 라고 반박하지 말자.
  • 바나나 껍질을 밟으면 무조건 미끄러진다.
    • 생각보다로 잘 안 미끄러진다. 그보다는 해당 문서에서 설명하듯이 젖은 비누나 젖은 맨홀, 우산 실내보관용 비닐 등을 훨씬 더 조심해야 한다. Mythbusters에서도 실험해 보았지만 껍질 하나 밟는 걸로 엉덩방아를 찧을 정도는 아니었다.
  • 엘리베이터가 올라갈 때는 체중계의 눈금이 증가하고, 내려갈 때는 떨어진다.
    • 관성력은 속도가 아닌 가속도에 관계한다. 위로 가속될 때(=아래로 감속될 때) 눈금이 증가하고, 반대의 경우에 떨어진다. 등속으로 올라가는 도중에는 거의 변화가 없다.[36] 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.
  • 모든 나사는 오른쪽으로 돌리면 잠기고 왼쪽으로 돌리면 풀린다.
    • 일상생활에서 볼 수 있는 나사의 대부분이 오른쪽으로 돌리면 잠기게끔 나사산을 만든 오른나사라서 생긴 오해. 반대로 왼쪽으로 돌려야 잠기는 왼나사도 소수 존재한다. 왼나사를 쓰는 예 중 대표적인 것이 바로 자전거 왼쪽 페달인데, 여기에 오른나사를 쓰면 페달을 돌리면서 저절로 풀릴 우려가 있어 이를 방지하기 위해 왼나사를 쓰는 것. 그 외에도 몇몇 특수한 경우에 왼나사를 쓴다.
  • 시간 지연은 빛의 도플러 효과에 의한 착시일 뿐이다.
    • 물체의 운동에 의해 발생하는 도플러 효과와 상대성 이론에서 예측되는 시간 지연은 서로 다른 현상이다. 예시로, 물체가 관측자에게 가까워진다면 파장이 짧아지는 청색 편이가 나타나지만 그렇다고 물체의 시간이 빨라지지는 않는다.[37] 고등학교~일반물리 수준의 교과서에서 쓸데없이 시간 지연을 쉽게 설명하겠다고 도플러 효과와 비슷하게 서술하는 바람에 물리 전공이 아닌 이공학도들을 더 헷갈리게 한다.
  • 레이저 무기를 발사하면 모두가 그 눈부신 직선형의 빛의 궤적을 목격할 수 있다. 내지는, 긴 직선형의 불빛이 탄환처럼 이쪽에서 저쪽으로 빠르게 날아가는 모습을 목격할 수 있다.
    • 사실은 아무것도 보이지 않는다. 실제로 개발중인 레이저 무기의 시연 영상을 보더라도 아무런 빛이 없어서 발사를 언제 하는 건가 싶은데 어느 순간 목표물에 불이 붙어있는 허무한 모습(…)을 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... 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. 양자역학#s-5 참조. 양자역학은 어디까지나 특정한 물리적 상황을 예측함에 있어 고전역학에서 결정론적으로 구할 수 있었던 해들이 실제로는 확률적 분포를 나타낸다는 이야기이다. 게다가 양자역학은 무책임하게 '너 틀렸어'로 끝나는 게 아니라, 하나의 고정된 해가 없을 뿐 주어진 조건에 알맞는 확률 분포를 해로 갖는다. 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.


9. 물리학자들

[image]
1927년 5차 물리학 솔베이 회의. 이 사진 안의 30명 중에서만 노벨상 수상자가 '''17명'''[38]이다.[39] 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
    • A. Piccard/오귀스트 피카르 - 심해권, 성층권 기구.
    • E. Henriot/에밀 앙리오 - 칼륨과 루비듐의 자연 방사성 규명.
    • P. Ehrenfest/파울 에렌페스트 - 양자물리학의 Ehrenfest's Theorem[40]
    • Ed. Herzen/에두아르 헤르젠 - 표면장력 연구.
    • Th. De Donder/테오필 드 동데르 - 비가역적 열역학의 선구자.
    • E. Schrödinger/에르빈 슈뢰딩거 - 슈뢰딩거 방정식[41], 슈뢰딩거의 고양이. 1933년 노벨물리학상 수상자.
    • E.Verschaffelt/줄스-에밀 버샤펠트 - 포화증기의 등온선 및 비중에 관한 연구, 양자물리학 연구
    • W. Pauli/볼프강 파울리 - 파울리의 배타원리.[42] 1945년 노벨물리학상 수상자.
    • W. Heisenberg/베르너 하이젠베르크 - 하이젠베르크의 불확정성 원리. 1932년 노벨물리학상 수상자.
    • R.H.Fowler/랠프 하워드 파울러 - 다윈-파울러 방법.
    • L.Brillouin/레옹 브릴루앵 - 고체물리학의 브릴루앙 영역[43], 자성을 표현하는 브릴루앙 함수.
  • 중앙
    • P. Debye/피터 디바이 - 전기 쌍극자의 단위인 디바이, 포논을 통한 고체의 열용량 계산. 1936년 노벨화학상 수상자.
    • M. Knudsen/마르틴 크누센 - 물질 증착에 사용되는 Knudsen Cell의 발명.
    • W.H.Bragg/윌리엄 헨리 브래그. - X선 회절 분석법의 개발. 브래그 법칙, 1915년 노벨물리학상 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 노벨물리학상 수상자.
    • A. H. Compton/아서 홀리 콤프턴 - 콤프턴 효과[44], 콤프턴 계수, 중성자의 발견자, MIT총장 1927년 노벨 물리학상 수상자
    • L. De Broglie/루이 드 브로이 - 물질파의 개념을 최초로 주장해 노벨상을 수상했는데 이거 박사학위 논문이다...[45][46] 1929년 노벨물리학상 수상자
    • M. Born/보른 - 파동함수의 확률론적 해석을 최초로 주장한 사람. 양자역학 논쟁으로 아인슈타인을 이긴 당대 최고의 "키보드워리어" 1954년 노벨물리학상 수상자
    • N. Bohr/닐스 보어 - 보어의 원자모형, 하프늄(Hf)에 대한 예견, 물방울 원자핵모형. 원로 + 본좌 + 보스급 라인. 1922년 노벨물리학상 수상자
  • 앞 라인
    • I. Langmuir/어빙 랭뮤어 - 표면화학 특히 랭뮤어 탐침등으로 플라즈마물리에 공헌. 1932년 노벨화학상 수상자
    • M. Planck/막스 플랑크 - 플랑크 상수, 양자 역학의 시대를 열었으나[47] 정작 본인은 양자역학을 거부했다. 1918년 노벨물리학상 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 노벨물리학상, 1911년 노벨화학상 수상자
    • H. A. Lorentz/헨드릭 안톤 로런츠 특수상대론의 로렌츠 변환, 로렌츠 법칙 1902년 노벨물리학상 수상자
    • A. Einstein/알베르트 아인슈타인 그의 3대 업적인 브라운 운동, 광전효과, 상대성 이론[48]은 아예 물리학 하위 과목을 하나씩[49] 창조해낸 위력을 갖고 있었다. 다만 광전효과로 야기된 양자역학에 대해선 플랑크와 마찬가지로 부정적이였다.[50] 노벨상은 바로 그 광전 효과로 한 개 받고 말았다. 1921년 노벨물리학상 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 노벨물리학상 수상자
    • O. W. Richardson/오언 윌런스 리처드슨 - 열이온의 리처드슨의 법칙. 1928년 노벨물리학상 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.
    • 데이비드 봄 - 미국 태생의 영국 물리학자로[51], 매카시즘의 피해자였다는 점과 핵융합의 첫 단계에 속하는 플라즈마 가둠에 대한 회의적인 주장말고는 물리학계에서는 듣보잡에 가깝지만(...)[52], 우주론 연구에 있어서 우리가 사는 우주가 실은 일종의 홀로그램일지도 모른다는, 이른바 홀로그램 우주론을 처음 주장한 것으로 유명하다.
    • 로저 펜로즈 - 영국 출신의 수학자이자 물리학자. 펜로즈 타일링을 고안해 준결정의 실존 가능성을 이론적으로 입증했으며, 천체물리학에 위상수학을 도입해 스티븐 호킹과 더불어 블랙홀의 존재 가능성을 예측했다..
    • 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"[53]라는 물리학 교재를 저술한 것을 평생의 업적 중 제일로 여겼다.
    • 마이클 패러데이 - 전자기 유도의 발견으로 전자기학의 아버지라고 불리고 있다.
    • 머리 겔만
    • 미첼 파이겐바움 - 카오스 이론에 여러 모로 공헌을 한 연구자. 파이겐바움 상수를 발견한 것으로 유명하다.
    • 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[54]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.[55][56] 또 뉴턴 법칙과 더불어 뉴턴의 큰 업적은 미적분학을 탄생시켜 물리량들 사이의 관계를 수식적으로 나타내어 고전역학의 잠재력을 한층 끌어올린 것이다.[57]
    • 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.[58]
    • 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 [59] 결국 천계의 운동도 완전무결한 운동이 아니라는 사상을 불러오게 되어 뉴턴역학의 밑거름이 된다 케플러의 3대 법칙 역시 갈릴레이의 이론과 함께 뉴턴역학의 밑거름이 된다.
    • 윌리엄 로런스 브래그 - 윌리엄 헨리 브래그의 아들 - X선 회절 분석법의 개발. 브래그 법칙의 진짜 발견자.[60] 1915년 노벨물리학상 수상자. 과학 부문 상으로썬 여전히 깨지지 않고 있는 최연소 수상자이다. 이후,X선 결정학의 권위자로써 자신의 연구소 휘하에 있던 제임스 듀이 왓슨과 프랜시스 크릭을 도와 DNA 이중나선모델을 발표할 수 있도록 도왔다.
    • 유카와 히데키 - 일본 최초의 노벨상 수상자
    • 이휘소 - 재미 한국인[61] 물리학자. 요절하지 않았다면 한국인 최초의 노벨물리학상 수상자였을 것이란 의견이 있다.
    • 제임스 클러크 맥스웰 - 고전 전자기학을 집대성한 사람.[62] 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.

9.1. 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.
  • 가면라이더 시리즈
    • 가면라이더 포제 - 하야미 코우헤이[63]
    • 가면라이더 위자드 - 후에키 소우[64]
    • 가면라이더 빌드 - 키류 센토, 카츠라기 타쿠미[65]
  • 데드 스페이스 시리즈 - 마이클 알트만('지구' 물리학자)
  • 동방 프로젝트 - 오카자키 유메미
  • 둠(2016) - 새뮤얼 헤이든
  • 록맨 시리즈 - 그라비티맨[66]
  • 마블 코믹스
  • 맥가이버
  • 바이오쇼크 인피니트 - 루테스 남매(양자역학과 평행세계 전문)
  • 블레이크와 모티머 - 필립 모티머 교수(핵물리학 전공)
  • 빅뱅 이론에 등장하는 상당수의 주연과 조연
  • 에빌리오스 시리즈 - 세트 트와이라이트
  • 엘 카자드 - 하인리히 슈나이더
  • 오버워치 - 시브런 드 카위퍼(천체물리학자), 윈스턴[67], 토블슈타인[68]
  • 탐정 갈릴레오 - 유카와 마나부
  • 팀 포트리스 2 - 델 코네거(기계공학 전공)[69]
  • 하프라이프 시리즈
  • Apex 레전드 - 호라이즌
  • Braid - 팀
  • DC 코믹스
  • F. E. A. R. 시리즈 - 힐란웨이드
  • MO:Astray - 로즈 도슨, 소피 하이드리히[70]

9.2. 관련 문서


10. 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.

11. 물리학의 영역에 대한 과학철학적 이야기

[image]
[image]
<과학사학자 홍성욱 교수[71]의 강연 중>
여기선 여러 학문들과 비교하며 물리학의 정의를 살펴본다.

11.1. 철학적 관점에서의 물리학의 궁극적 목표

물리학은 자연 현상을 일으키는 실체를 물질(matter)의 운동(Motion)이라고 상정한다. 그리고 운동 중인 물질들이 서로 충돌(상호작용, 힘) 하면서 다양한 자연 현상이 나타나는 것이라고 보고 있다. 물리학은 이러한 물질의 운동을 자연 현상 전체로 '''보편화/일반화'''시키는 학문이다. 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. 그리고 이러한 보편 법칙을 역학(Mechanics)이라 부른다.
그래서 물리학(정확히는 이론물리학)의 궁극적 목표를 정리하자면, 미시 세계에서 거시 세계까지 적용되는 통일된 법칙을 발견하는 것이라고 볼 수 있다. 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[72]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.

11.2. 보편과학과 현상과학

간혹 물리학의 정의를 '자연을 연구(탐구)하는 학문'이라고 알고 있는 사람도 있다. 비전공자뿐만 아니라 물리학 전공자 중에서도 막연히 이렇게 알고 있는 경우가 많다. 대부분의 물리학 교과서(특히 일반물리학 교과서)에 물리학의 정의와 분류를 소홀히 다루기 때문에 벌어진 일이다. ''''자연을 연구(탐구)하는 학문'이라는 것은 자연과학의 정의이지, 물리학의 정의는 아니다.''''
물리학에 따르면, 모든 자연현상은 물질에 의한 현상이다. 그래서 물리학은 모든 자연 현상을 연구한다고도 볼 수 있다. 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 학문'''입니다.

'''생물학이나 천문학, 지구과학 등 특정지식을 추구하는 자연과학은 현상과학이라고 부르는 반면, 보편지식을 추구하는 물리학은 이론과학'''이지요. 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.[73] 즉, 보편지식 체계를 구축하는 이론과학이 아니면 단순히 현상을 기술하는 현상론(phenomenology)이라는 뜻.

11.3. 물리학과 수학



11.4. 과학철학적 관점의 유의미성

하지만 이러한 과학적학적인 논의들은 실제 물리학자 모두를 납득시키는 정리는 아니다. '''물리학의 정의는 물리학자들도 제대로 정리하지 못하는 문제다. 물리학자 누군가가 물리학의 정의를 연구하는 동안, 이런 정의에 관심없는 물리학자들이 물리학의 범위를 계속 확장시키고 있기 때문이다.''' 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.
그리고 학문의 궁극적 목표 같은 것도 과학철학적으로나 의미있는 이야기일 뿐, 과학적으로 의미있는 이야기는 아니다. '''현실의 물리학자들 대부분은 모든 것의 이론과 아무 상관없는 것을 연구하면서도 물리학자로 불린다.''' 과학을 구분하는 가장 확실한 방법은 연구방법과 연구대상이지, 궁국의 목표니 하는 것이 아니다.

12. 관련 문서


12.1. 관련 틀








[1] 2021 수능 선택자 기준으로 이과생 중 15% 정도만이 물리학을 선택한다. 대부분의 고등학교 2학년 (자연계 희망자) 대상으로 물리학Ⅰ을 이수하긴 하지만 제대로 숙달하는 경우는 드물다. [2] 2000년대 자연계 입시에서는 거의 필수였으나, 2010년대, 2020년대를 거듭하면서 지구과학, 생명과학만 선택하고 물리학, 화학을 선택하지 않는 현상이 입시계에 하나의 트렌드로 자리잡았다. 이 때문에 물리학, 화학은 따로 대학생이 되어서도 사교육까지 받는 현상이 늘고 있다. 그렇다고 공과대학이나 자연과학대학에서 별도로 물리학 미선택자들을 입학하지 못하게 막아두는 것도 아니라서 사회적인 문제점으로까지 제기되고 있다. 역으로 물리학을 미리 해놓고 온 사람은 학점을 날로 먹는다는 이야기가 나올 정도이다.[3] 참고로 substance에는 '물질'이라는 뜻도 있지만, 물리학에서 물질이라는 의미를 말하고자 할 때는 matter라는 단어를 주로 쓴다. 즉 물리학에서는 substance는 실체, matter는 물질이라고 번역하면 된다.[4] 자세히 설명하자면 물리학을 비롯한 자연과학은 신, 영혼, 자유의지을 다루는 특수 형이상학적인 부분들을 다루지 않는다. 특수한것을 제외한 일반 형이상학적인 부분들은 현대물리학이란 새로운 페러다임이 등장하게 되면서 물리학에서도 다루는지에 대해서 과학철학적 논쟁이 되고있다. 자세한 사항은 과학적 실재론 문서 참고.[5] 뉴턴의 운동법칙(고전역학), 양자역학, 상대성이론, 통계역학 등[6] 실제로는 만유인력이 구심력으로 작용한다.[7] 일단 아리스토텔레스의 인기부터가 고대 로마 때도 플라톤보다 떨어졌고, 저서의 상당수가 손실되어 지금도 전해내려오지 않는다. 우리가 읽는 건 소수의 강의노트 뿐.[8] 당장 큼지막한 예시만 들더라도, 달에 비친 지구의 그림자를 통해 지구가 둥글다는 것을 설명한 사람이 아리스토텔레스다. 절대로 무식한 옛날사람A가 아니다. 심지어 서유럽에서 과학혁명이 터진 것도, 아리스토텔레스에 의해 포텐이 차곡차곡 쌓였기에 가능하다는 설명도 가능하다.[9] 실제로 이는 최대진폭이 작을 때 성립한다.[10] 당연한 말이지만, 요즘에는 이런 비과학적인 방식으로 사고하는 정통 과학자는 없다. 이런 방식으로 사고하는 과학자들이 있긴한데, 그런 과학자들을 사이비 과학자 라고 부른다. 하지만 이런 학자들은 매우 소수에 불과하다.[11] 이 말은 즉 일상적인 온도의 흑체에서 적은 양의 적외선, 좀 더 많은 양의 가시광선, 아주 많은 자외선, 당장 사람을 태워죽일 만큼 많은 X선이 뿜어져 나올 거라는 뜻이다. 물론 실제와 다르다.[12] 강에서 배가 이동하는 것을 생각하면 된다. 배가 물이 흐르는 방향과 같은 방향이면 빠르게 이동할 것이고, 반대라면 천천히 이동하는 것과 같이 에테르의 흐름에 따라 분명히 차이가 날 것이라고 예상할 수 있다.[13] 마이컬슨 간섭계를 이용해 회절무늬 개수의 차이를 통해 빛의 파장을 계산할 수 있고, 이를 통해 빛이 파동이므로 빛의 속도를 계산 할 수 있다.[14] 정확하게는 마이켈슨 몰리는 에테르가 있다고 믿었지만 예상치인 sin 그래프에 비해서 실험값은 너무 다르게 나와서 이상하다는 결론을 내렸다.[15] 드브로이는 당시 귀족이었는데, 그 당시 귀족들은 돈은 많고 할 일이 없어 수학과 물리를 취미생활로 즐겼다. 많은 과학자들이 드브로이의 입자의 파동설이 현대 물리에 없어서는 안 될 중요한 것이라고 생각하지만, 엄청난 발견이 아닌 언젠가는 발견되었을 만한 것이라는 부분에 동의한다.[16] 슈뢰딩거 방정식의 파동함수를 이용하면 파동함수를 푸리에변환을 통해 공간함수와 파동함수 차원으로 바꿀 수 있기 때문에 해석이 용이해진다.[17] 이를 보고 아인슈타인은 '신은 주사위 놀음을 하지 않는다.'라는 유명한 말을 남겼다. 슈뢰딩거 역시 이 의견에 반대했는데, 결과적으로는 현대물리를 설명하는 데 굉장히 중요한 이론이 되었다.[18] 사실 우리가 알고 있는 슈뢰딩거의 해석법이 나올 당시 하이젠베르그도 독자적으로 행렬을 통하여 파동함수를 기술하는 방법을 이용하여 한창 논쟁이 됐었다. 하지만 결과적으로 두 가지 해석법은 방법만 다를 뿐 같은 내용이라는 게 밝혀지면서 논란이 종결됐다. 양자역학 입문 시에는 비교적 익숙한 수학적 테크닉으로 슈뢰딩거 방정식을 이용하지만, 스핀 등의 물리량은 슈뢰딩거의 방법으로 표현하는 데 어려움이 있어 하이젠베르그의 행렬을 이용한 해석법도 반드시 필요하다.[19] 중력을 고전적 혹은 준고전적으로 포함하는 것은 가능하다. 호킹 복사 참조.[20] 정확한 설명은 아니지만, 대략적으로 이해하고자 한다면 '근본 틀' 또는 '근본 이론'이라고 생각하면 된다.[21] 즉, 패러다임을 이용해 알려진 현상을 설명하고, 새로운 현상을 예측하는 활동을 말한다. 토마스 쿤은 이를 퍼즐풀이(puzzle-solving)이라고 했다.[22] 예컨대 고전역학(이것도 패러다임이다)으로는 수성의 근일점 이동 현상을 도저히 설명할 수 없었다.[23] 예컨대 상대성이론이라는 새로운 패러다임을 제시한 아인슈타인[24] 다만 고등학교 수준의 물리에서는 물리학 용어들의 의미를 제대로 파악하고 이 용어들이 어떻게 유기적으로 연관되어서 자연 현상을 현상하는지를 이해하는 것이 가장 중요하다.[25] 이 두 과목은 연관성이 매우 깊지만 바라보는 관점은 약간 다른데, 수학은 특정 개념을 기반으로 문제들을 논리적으로 해결하는데 초점이 맞추어져 있고, 물리는 만물의 자연현상과 이치를 탐구하는데 초점이 맞추어져 있다.[26] 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.[27] 2009 개정 교육과정 까지는 물리1[28] 2009 개정 교육과정 까지는 물리2[29] 학교에 따라 3학년 과정으로 편성하는 경우도 있으며, 2~3학년에 걸쳐서 편성하기도 한다. (예: 2학년 2학기~3학년 1학기)[30] 수준 문제로 재료공학과, 전자공학과 2학년 전공에서 현대물리학이 개설된 경우도 있다.[31] 정작 자신도 노벨화학상을 받았다. [32] 절대온도의 그 캘빈이다.[33] 단, 피사의 사탑 실험을 실제로 행하지는 않았다고 한다. (실제로 행한건 소수의 발명자기도 한 네덜란드의 시몬 스테빈이었다.)[34] 수학적으로 설명하자면, 공기 저항에 의한 힘은 $$F_D\, =\, \tfrac12\, \rho\, v^2\, C_d\, A$$ 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.[35] 떨어지는 물체에는 공기저항때문에 종단속도가 존재함[36] 고도가 높아지고 있으므로 중력이 약간 감소하긴 하겠지만…[37] 청색편이에 의해 대상이 빨리감기처럼 관측되겠지만, 실제 거리와 빛의 도착 시간을 고려하여 물체의 시간 흐름 속도를 측정하면 오히려 시간이 느려지고 있다는 결과를 얻게 된다.[38] 노벨물리학상이 15개, 노벨화학상이 3개이다. 수상자는 17명인데 노벨상 개수가 18개인 것은 2회 수상자인 마리 퀴리 때문.[39] 그렇다고 이 사진 안의 인물 중 노벨상을 못받은 사람들이 대단하지 못한건 아니다. 노벨상을 받지 못했어도 각자 '''자신의 이름을 딴''' 정리 혹은 현상을 가지고 있으며 각 분야의 전공 교과서에 모두 이름이 실려있다.[40] 임의의 연산자의 기대치가 시간에 따라서 어떻게 변하는지에 대한 공식.[41] 양자역학을 대수적으로 접근할 수 있는 도구를 제공.[42] 전자가 하나의 에너지 준위에 두 개까지만 배열될 수 있음. 후에 입자물리학 발전과 함께 페르미온의 배열에 관한 규칙으로 확장된다.[43] 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.[44] X선을 전자에 입사시켜 X선과 전자를 검출한 실험. 빛의 입자성을 뒷받침하는 대표적 실험이다.[45] 다만 그 당시엔 가설에 불과했던 것을 아인슈타인 등 몇몇 사람의 지원 덕에 노벨상을 받았다고 보는 시각이 있다.[46] 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.[47] 그가 물리학을 선택한 시기는 뉴턴역학을 기초로 한 고전역학이 완성단계에 접어들어 한 과학자는 이제 흑체복사랑 에테르(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.[48] 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) [49] 브라운 운동 - 통계역학, 광전효과 - 양자역학, 상대성 이론 - 상대성 이론[50] 이와 관련된 아인슈타인의 발언이 "신은 주사위를 굴리지 않는다".[51] 매카시즘의 타겟이 된 바람에 브라질을 거쳐 영국으로 망명했고, 때문에 영국의 런던에서 죽을 때까지 살았다.[52] 그나마도 소련의 물리학자인 아티모비치가 토카막형 핵융합로에서 플라즈마를 3만 분의 1초 동안 가두는데 성공하면서, 봄의 주장이 틀린 것으로 판명났다(...). [53] "파인만의 물리학 강의" 라고도 불린다.[54] 초끈이론에 필요한 11차원 중 4차원 시공간을 제외한 나머지 차원이 작은 범위에 압축돼있다는 이론.[55] 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.[56] 일반물리에서도 강조하는 게 아인슈타인 이후 현대 물리학으로 뉴턴의 운동법칙 설명하는 것이다.[57] 다만 미적분학은 비슷한 시기에 라이프니츠가 거의 동시에 발표해 뉴턴만의 업적은 아니다. 각자 독립적으로 연구했지만 현대 미적분학에의 기여분은 동등하다고 본다.[58] 상기되어 있듯이 그는 '물리학 이외의 과학은 모두 우표수집'이라고 한 적이 있다.[59] 당시엔 아리스토텔레스의 행성 궤도는 가장 완전한 도형인 원이라는 이론을 믿고 있었다.[60] 아버지는 X선 분광기를 발명하여 아들의 이론을 실험할 수 있게 도왔고 아들은 막스 폰 라우에의 연구를 바탕으로 브래그 법칙의 가설을 수학적으로 만들었다.[61] 최종국적은 미국이다.[62] 전자기학의 대부분의 내용을 이 사람이 만든 4개(혹은 매질에 따른 변화까지 8개)의 방정식인 맥스웰 방정식으로 요약할 수 있다.[63] 현재 아마노가와 학원 고등학교의 교장이지만, 물리학 박사 학위를 가지고 있으니 여기에 포함. 그리고 이쪽은 전투종족 수준이 아닌 괴인이다.[64] 키자키 마사노리가 조사한 내용에 따르자면 직업은 물리학자이니 여기에 해당한다.[65] 사실 동일인물이다.[66] 록맨 & 포르테의 데이터베이스에서 좋아하는 것이 물리학으로 나온다.[67] 물리학자로 정확히 명시되지는 않았지만 트레이서의 시간가속장치 제작자로 시공간 제어에 관한 이해수준이 매우 높다. 시그마의 블랙홀 연구와는 관심 분야가 좀 다르다.[68] 작중에만 시그마의 대사로 언급되는 인물. 블랙홀 연구의 콩라인으로 보이며 자리야의 무기에 장착된 중력제어장치는 그의 원천기술로 만들어져있다. 볼스카야 인더스트리나 이들에게 기술을 제공하는 옴닉의 평화주의 세력과 우호적 관계를 가진 것으로 짐작된다.[69] 주로 단순한 공학자로 보이지만 응용 물리학을 전부 다 알고 있는지 공간이동 개념을 제작하거나 정확히 알고 있다. 후에는 시간 가속장치나 시간여행 장치를 만든것 보면 확실히 시간 제어계는 물론 응용 물리학에 천재인듯 하다. 다만 엔지니어가 메딕 비롯해 나노과학(디스펜서)나 메딕처럼 생명과학에 빠삭한 것 보면 11개의 박사 학위중 하나가 물리학 인듯.[70] 둘 다 여성이다.[71] 홍성욱 교수는 학부에선 물리학을 전공하였다.[72] 예: 은하, 우주처럼 질량이 아주 큰 세계.[73] 정작 본인은 노벨화학상을 수상했다.

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