물리학의 발전 1

물리학이라는 학문은 다양한 분야를 포괄하며, 그 발전 과정은 수세기에 걸쳐 매우 복잡하게 진행되었습니다. 그 중에서도 19세기는 물리학 발전의 중요한 전환점으로 볼 수 있습니다. 기본적으로 물리학은 역학, 전자기학, 열역학 등 다양한 분야로 구성되어 있습니다. 고전 역학은 과학 혁명기에 아이작 뉴턴에 의해 체계가 완성되었지만, 그 외의 분야는 비교적 방치된 상태였습니다. 19세기에 들어서야 전기, 자기, 빛, 열 현상에 대한 연구가 본격적으로 이루어지면서 물리학이라는 학문 체계가 정립되기 시작했습니다.

물리학의 발전을 이룬 것이 19세기에 이루어진 것은, 이 시기에 새로운 개념과 이론이 등장하고, 이들이 물리학이라는 하나의 학문으로 엮이게 되었기 때문입니다. 19세기에는 정밀한 실험과 정량화, 그리고 수학적 모델링이 도입되면서 이를 가능하게 했습니다. 이 시기에 물리학에서 중요한 개념으로 등장한 것이 바로 '에너지' 개념입니다. 이는 역학뿐만 아니라 열, 전기, 자기 현상에도 적용될 수 있는 개념으로, 매우 다른 형태로 보이는 이들 현상을 동일한 방식으로 이해하게 해주었습니다. 에너지 보존 법칙은 이 현상들이 본질적으로 서로 연결되어 있다는 것을 보여주었습니다.

이러한 물리학의 발전에는 '라플라스주의' 라는 방향성이 큰 역할을 했습니다. 라플라스주의자들은 모든 자연 현상을 통일적으로 이해하고 설명하려 했으며, 그 중심에는 물질 입자 사이에 작용하는 힘, 즉 역학적 접근이 있었습니다. 이 방향성은 전기, 자기, 빛, 열 현상 등을 동일한 물리적 원리로 설명하려는 노력을 가능하게 했습니다. 그러나 라플라스주의 라플라스주의가 모든 것을 설명할 수 있는 만능 이론은 아니었습니다. 특히 19세기 후반부터 20세기 초반에 이르면서, 물리학은 두 가지 중요한 전환점을 맞이하게 됩니다: 상대성 이론과 양자 이론입니다. 이 두 이론은 물리학의 기본적인 개념과 구조를 깊게 재정립하게 됩니다.

상대성 이론은 아인슈타인에 의해 제안되었고, 공간과 시간의 개념을 혁명적으로 바꾸었습니다. 상대성 이론은 물리학의 기본 법칙들이 모든 관찰자에게 동일하게 보이도록 보장하며, 이는 뉴턴의 절대적 공간과 시간의 개념에 대한 근본적인 도전이었습니다.

한편, 양자 이론은 물질의 근본적인 성질과 그 작용 방식에 대한 이해를 완전히 바꿔 놓았습니다. 양자 이론은 물리학에서 가장 작은 스케일인 플랑크 스케일에서의 현상을 설명하는 데 사용되었으며, 그 결과로써 고전적인 물리학의 개념을 대부분 무효화시켰습니다.

이 두 이론은 19세기 물리학의 성과를 기반으로 발전하였으나, 동시에 그 구조를 근본적으로 바꾸는 데 기여하였습니다. 이로 인해 20세기 물리학은 완전히 새로운 방향으로 나아가게 되었으며, 이는 현재까지 계속되고 있는 과학적 탐구의 주요 흐름을 형성하게 되었습니다. 이러한 변화들은 물리학을 우리가 오늘날 알고 있는 형태로 만들어 주었습니다.

 

라플라스주의에 대해 조금 더 알아보겠습니다. 

"라플라스주의"는 18세기의 프랑스 수학자 피에르시몽 라플라스의 철학적 입장을 대표하는 용어입니다. 그는 결정론적인 우주론을 주장하였는데, 이는 우주의 모든 상태와 사건이 자연 법칙에 의해 사전에 결정되어 있다는 개념입니다.

라플라스는 그의 유명한 "라플라스의 악마"라는 생각 실험을 통해 이 철학을 설명합니다. 라플라스의 악마는 모든 입자의 위치와 속도에 대해 완벽한 정보를 갖고 있으며, 물리 법칙을 완벽하게 이해하고 있다고 가정합니다. 이 악마는 이러한 정보와 물리 법칙을 이용하여 우주의 과거와 미래를 완벽하게 예측할 수 있다고 라플라스는 주장하였습니다.

이런 의미에서, 라플라스주의는 모든 것이 물리 법칙에 의해 결정되며, 이론적으로는 완벽한 정보와 물리 법칙의 완벽한 이해를 통해 모든 것을 예측할 수 있다는 견해를 나타냅니다. 이는 물리학에서의 결정론적인 세계관을 대표하며, 뉴턴의 고전 물리학에서부터 그 뿌리를 두고 있습니다.

하지만, 20세기에 들어서 이러한 결정론적 세계관은 크게 도전받게 됩니다. 양자 물리학은 기본적인 입자의 동작이 확률적이라는 개념을 도입하였는데, 이는 라플라스의 악마가 모든 것을 예측할 수 있다는 가정을 무너뜨립니다. 양자 물리학의 이러한 확률적 성질은 여전히 물리학과 철학에 있어 중요한 논쟁 주제로 남아 있습니다.

학부 시절 공업수학 수업을 들었을 때 라플라스가 이 라플라스라는 것을 깨달았을 때 참 많은 생각이 들었습니다.