물리학이란? 물리학의 역사와 목표

안녕하세요. 오늘은 물리학의 역사와 물리학의 궁극적인 목표에 관해 얘기해보겠습니다.

"물리학(物理學)"은 물질과 그것의 운동, 그리고 관련된 에너지나 힘 등을 연구하는 자연과학의 한 분야입니다.

物理學(물리학)이라는 한자 이름에서 알 수 있듯이 만물의 이치를 탐구하는 학문이라고 할 수 있죠.

 

물리학은 우리나라의 기본 교육과정에서 흔히 다루고 있고, 고등학교에 가면 더욱 심화하여 배우기도 합니다.

우리는 오늘 이 글에서 물리학의 역사와 목표에 대해 다루어 보도록 하겠습니다.

 

물리학의 역사

 

물리학은 과거 인간이 철학을 통해 자연에 대해 던져왔던 근본적 질문들이 오늘날 물리학자들의 연구와 증명에 의해

해결되고 있습니다. 과거 인간의 자연에 대한 질문이었던 만큼 물리학은 매우 오래된 학문입니다. 2천 년이 넘는

역사 동안 물리학은 지구과학, 화학, 생물학, 천문학과 함께 자연 철학의 일부였습니다. 

하지만 17세기 과학 혁명 이후 물리학은 철학에서 분리되어 독자적인 학문으로 자리 잡게 되었죠.

 

우리가 흔히 아는 스티븐 호킹, 아이작 뉴턴, 갈릴레오 갈릴레이도 물리학을 연구하던 물리학자들이었습니다.

 

현대에 물리학이 많이 발전한 만큼 물리학은 세부적으로 나뉩니다. 실험을 주로 하여 이론을 검증하는 '실험물리학',

우주, 천체 등에 관해 연구하는 '천체물리학', 물리학의 근본적 질문 대상인 자연 현상에 관해 설명하여 이론 체계를 세우는 '이론물리학' 등 그 외에도 역학, 입자물리학 등이 있습니다. 

 

인류는 아주 오래전부터 물리학적 지식을 활용하여 생활해 왔습니다. 선사 시대부터 많은 도구를 활용하기 시작했고, 그때부터 천체에 대해 관찰하여 고인돌 등에 새긴 기록도 있습니다. 

출처 - 위키백과 <천문학>

그 이후 중세 시대에서도 기계, 도구들을 개선하고 발전한 만큼 물리학의 연구 깊이도 깊어졌습니다.

12세기 무렵 이슬람 과학자들이 자연 현상을 직접 경험하고 연구, 관찰하면서 과학적 방법의 기초를 다지면서 물리학은

더욱더 발전하기 시작했죠.

그 무렵 르네상스 시기에 들어 서양의 여러 과학자가 고대 그리스 시대의 지식을 수용하면서 실험을 중요히 여기기

시작했습니다. 이때 이탈리아의 철학자이자 과학자인 갈릴레오 갈릴레이가 실험/관찰을 통해 과학적 사실을 발명하고 

이를 모형을 사용하는 등 수학적으로 증명해내면서 물리학의 발전에 크게 이바지하기도 했습니다. 

 

그 뒤 16세기 이후, 과학혁명이 일어나고 물리학은 크게 발전하였습니다.

이 시대에 특히 많은 발견과 새로운 이론들의 정립이 많이 일어났지만, 대표적으로는 만유인력의 기본 바탕을 제시한

것으로 유명한 아이작 뉴턴이 '고전 역학'을 완성하여 물리학의 근원인 자연에 대해 새로운 이해를 하게 해주었습니다.

특히 18~19세기 각종 현상들을 실험실 내에서 재현할 수 있게 하여 그 현상을 관측하기 위해 원형(Prototype)을

확대/축소 시키는 '수리 모형'에 대한 확립이 많이 이루어졌습니다. 16세기 이후의 과학혁명 이후 물리학의 많은 발전으로 

대부분의 자연 현상에 대한 수리 모형이 확립되었다고 합니다. 

 

20세기, 물리학엔 큰 파장이 일어납니다. 

바로 아인슈타인이 상대성 이론(theory of relativity)을 발견/발표하였는데요,

출처 - 위키백과 <상대성 이론>

상대성 이론은 많은 분이 들어보셨고, 매우 유명한 이론이기에 잠깐 설명해 드리겠습니다. 상대성 이론은 "다른 상대 속도로 움직이는 관측자들은 같은 사건에 대해 서로 다른 시간과 공간에서 일어난 것으로 측정하며, 그 대신 물리 법칙의 내용은 관측자 모두에 대해 서로 동일하다"라는 내용입니다. (출처 - 위키백과) 이러한 상대성 이론의 발표로 인해 시간과 공간의 불변성이 거짓이었다는 결론이 나옵니다. 그래서 고전 역학의 절대시간과 절대공간의 개념은 자연스레 사라지게 됩니다.

이후 '헤르만 민코프스키'가 시간, 공간은 기하학적으로 통합된 '민코프스키 시공간'을 도입하면서 더 이상 시간과 공간은

독립적인 공간이 여겨지지 않게 됩니다. 

 

이후 20세기에 들어서면서 물리학은 더욱 세분되고, 새로운 물리학 가설들이 생성되게 되죠.

물리학은 자연 현상에 대한 학문이기에 발전이 되면 될수록 새로운 질문들과 심오한 이론들이 나오게 됩니다.

현재까지도 물리학에는 여전히 미해결 문제가 있고, 이를 해결하기 위해 현대의 많은 위대한 물리학자 분들께서

노력하는 중입니다.

 

좀 길었지만 앞서 물리학의 역사에 대해 알아보았습니다. 

그러면 이런 심오한 물리학의 궁극적인 목표는 무엇일까요?

 

물리학의 목표

 

물리학은 앞서 말했듯 자연 현상에 대한 이론 정립과 검증, 그리고 서술입니다. 

따라서 물리학자들은 우리 주변, 즉 자연에서 일어나는 현상에 대해 관찰, 원인을 파악하여 원인과 결과를 하나의 이론으로 정립하여 일반화 시키는 판단을 합니다. 우주 또는 자연이 어떤 식으로 운동하는가를 논리적으로 이해하는 것 즉, 모든 물체의 운동 원리를 규명하는 것입니다. 즉, 인간이 과거 철학을 통해 자연에 해 물어왔던 근본적인 질문들이 오늘날에 발전된 물리학과 대단한 물리학자들을 통해 해결되고 있는 거죠.

 

오늘 이렇게 해서 물리학의 역사와 목표에 대해 알아보았습니다.

물리학은 우리가 살아가는 주변, 즉 자연현상에 대해 근본적으로 질문을 던지고, 그 질문에 관해 확인, 연구, 관찰하여

알아낸다는 것에서 매력을 느낄 수 있습니다! 고도로 발달한 학문인 만큼 사람들 사이에서 물리학의 난이도에 대한 악명은

높기로 유명하죠. 하지만 현상에 대해 이해하고 원리를 탐구하다 보면 재미를 느낄 수 있을 겁니다. 감사합니다.

 

[본문 내용 참고, 사진 출처 - 위키백과 <물리학>, <천문학>, <상대성 이론>]