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물리란 무엇인가?

by Snurf. 2020. 9. 17.

물리학을 공부하기에 앞서 물리학의 큰 틀을 먼저 알아보겠습니다.

 

우선 물리란 무엇일까요?

 

물리는 과학의 한 분야입니다. 

 

과학이란 자연현상을 설명하기 위한 학문으로 자연이 어떤 방식으로 돌아가는지에 대해 과학적인 방법으로 탐구하는 학문입니다. (여기서 과학적인 방법이란 아래의 과정을 거치는 탐구방법을 의미합니다.

 

1. 어떤 현상에 대해 궁금증을 가진다.

2. 그 현상이 일어나는 원리를 추측한다(가설을 세운다).

3. 여러가지 정보들을 수집해 세운 가설이 맞는지 확인한다.

4. 만약 틀렸다면 다른 가설을 세우고 맞다면 그 가설을 채택한다.

)

예를 들어 연필을 손에서 놓으면 연필은 어떻게 움직일까요. 당연히 바닥으로 떨어집니다. 그럼 왜 연필은 바닥으로 떨어질까요? 이렇듯 현상을  관찰하고 그 현상이 나타나는 이유에 대한 질문을 답하는 학문이 과학입니다. 결국 과학도 궁금한 것을 답하기 위한 학문이라고 정리할 수 있습니다.

 

과학에는 생명현상을 다루는 생명과학과 물질과 관련된 현상을 다루는 물질과학이 있으며 물질과학에는 지구과학, 화학, 물리가 포함됩니다. 여기서 화학은 물질들이 어떻게 형성되고 어떤 성질을 가지는 가에 대해 답하는 학문이며 물리는 물질의 특성에 대해 답하는 학문입니다.(지구과학에 대해서는 잘 몰라서 다루지 않았습니다). 우리 주변의 모든 보이는 것들은 물질로 이루어져 있기 때문에 물리를 기초과학이라고도 합니다. 물리를 알아야 화학을 더 이해할 수 있고 화학을 알아야 생명과학을 더 잘 알 수 있다는 점에서 물리는 모든 과학분야와 관련된 학문이라고 말 할 수 있습니다.

 

그럼 물리학에서는 어떤 것을 배울까요? 

 

(지금부터 나오는 내용은 그저 큰 틀을 알아보기 위한 부분이므로 모든 것을 다 이해하지 않으셔도 됩니다. 어차피 물리학을 배우며 차츰 알아갈 부분이기 때문에 편하게 숲을 본다는 느낌으로 읽으시기 바랍니다).

 

물리학은 크게 다음의 네 가지 파트로 나눌 수 있습니다.

1. 고전역학

2. 열역학

3. 전자기학

4. 현대물리

 

고전역학이란 고전(오래된 것) + 역학(힘과 운동에 대한 학문)을 합한 말입니다. 즉, 물체의 움직임에 대한 오래된 학문을 의미합니다. 고전역학에 ‘고전’이 붇는 이유는 현재에는 잘못된 점이 있다는 것이 밝혀졌기 때문에 이 오류를 수정한 양자역학과 구분하기 위해서입니다(양자역학이 무엇인지는 아직 모르셔도 됩니다. 그냥 현재까지 알려진 가장 맞다고 인정되는 역학이라는 정도로만 아시면 되겠습니다). 그럼 이미 틀렸다고 알려진 고전역학을 굳이 왜 배워야 할까요? 이것은 고전역학이 아직까지 사용되고 있기 때문입니다. 왜 틀린 학문을 아직 사용하고 있을까요? 그건 양자역학이 너무 복잡한 반면 고전역학은 단순하기 때문입니다. 그리고 일상의 대부분의 경우에서 고전역학의 오류가 큰 영향을 주지 않아서 사람들은 이런 경우 굳이 어렵게 양자역학을 사용하기 보다는 고전역학을 사용합니다. 좀 더 자세한 내용은 뒤에서 알아보기로 하고 넘어가도록 하겠습니다. 고전역학에는 물체의 운동, 벡터, 힘, 에너지, 운동량과 충격량, 토크, 탄성, 중력, 유체, 파동에 대해 알아봅니다.

 

열역학이란 고전역학과 비슷하게 열+역학을 합한 말입니다. 역학은 힘과 운동에 대한 학문입니다. 나중에 배울 내용이지만 운동이란 힘의 결과로 생기는 것입니다. 그렇기 때문에 열역학은 열이 물체의 상태, 온도에 어떤 영향을 미치는지 연구하는 학문입니다. 열역학에서는 열에너지, 온도, 열역학 법칙, 기체운동론, 엔트로피에 대해 알아봅니다.

 

전자기학이란 전기장과 자기장에 대한 학문입니다. 이 둘을 합쳐서 배우는 이유는 전기장과 자기장은 깊은 연관성이 있기 때문입니다. 뒤에 자세하게 배우게 되겠지만 전기장으로 인해 자기장이 생기고, 또 자기장으로 인해 전기장이 생기게 됩니다. 이렇듯 서로가 서로를 유도하며 전기장과 자기장의 파동의 형태로 진행을 하며 이를 전자기파라고 합니다(다시 말씀드리지만 이해 못하셔도 괜찮습니다). 우리가 일상생활에서 말하는 빛(가시광선)은 전자기파의 일부라고 볼 수 있습니다. 그래서 전자기학 분야에서는 전기장 자기장외에도 빛과 관련된 학문인 광학에 대해서도 배웁니다. 전자기학에서는 전하, 전기장, 전기퍼텐셜, 전기용량, 저항, 회로, 자기장, 유도기, 교류, 맥스웰 방정식, 전자기파, 기하광학, 파동광학에 대해 알아봅니다.

 

현대물리란 앞서 언급한 고전역학에서 발견된 오류를 개선한 부분입니다. 즉, 좀 더 현대의 이론과 가까운 내용을 배우는 파트입니다. 여기에서는 아인슈타인의 상대성이론과 양자역학, 핵물리에 대해 알아봅니다. 

 

이제 물리학의 큰 틀에 대해서는 어느정도 이해가 되시나요?

 

저희는 물리의 이 4가지 파트를 순서대로 공부할 것입니다. 4가지 파트가 서로 깊은 연관성이 있기 때문에 하나를 이해하기 위해서는 나머지들에 대해 제대로 알고 있어야 합니다.



(글을 읽으며 궁금한 점이나 잘못된 점들에 대한 댓글들 모두 환영합니다.)

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