현대 물리학 혁명(양자역학, 상대성 이론)

현대 물리학 혁명(양자역학, 상대성 이론)

현대 물리학 혁명(양자역학, 상대성 이론)

현대 물리학에 대해서 본격적으로 시작하기에 앞서서 그 시대의 그 이전과 그 이후 시대적 상황에 대해서 조금 말씀드리려고 합니다. 여러분이 지금까지 배우셨다시피 18세기 말까지의 물리학을 우리가 고전 물리학이라고 합니다. 그래서 고전 물리학은 크게 뉴턴의 이론과 맥스웰의 이론으로 종합할 수 있죠. 뉴턴이 근대 과학혁명을 완성한 사람이고 맥스웰이 빛의 정체가 무엇인지를 밝힌 사람이었다고 할 수 있는데요. 그 뒤에 볼츠만이라고 하는 사람이 뒤에서 우리가 배우겠지만, 통계물리학의 기본 이론을 완성했습니다. 통계물리학은 현대 물리학이나 고전 물리학 어느 한쪽으로 분류할 수 있는 그런 이론이 아니라 입자들이 개수가 많아질 때 어떤 일이 일어나는가에 대한 이론이기 때문에 양쪽에 모두 다 해당되는 그런 이론이라고 할 수 있겠습니다. 어쨌든 맥스웰에 의해서 고전 물리학이 완성되었다고 할 수 있는데요. 그 이후에 1900년대부터 비로소 현대 물리학 혁명이 시작됩니다. 가장 먼저 이 현대 물리학 혁명을 일으킨 사람은 1900년에 플랑크라고 할 수 있는데요. 바로 이 플랑크에 의해서 양자역학의 혁명이 시작됩니다. 사실 이 플랑크가 일으킨 양자 혁명은 어느 한순간에 끝난 것이 아니고 30년 정도 지속됩니다. 그리고 1905년에 이르면 아인슈타인이 상대성 이론을 발표하게 됩니다.

상대성 이론

상대성 이론에는 두 가지가 있습니다. 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론이 있는데, 먼저 특수 상대성 이론에 대해서 1905년에 발표하게 됩니다. 아인슈타인은 이때 특수 상대성 이론뿐만 아니라 양자역학의 큰 진전을 이루는 광전효과에 대한 설명을 하고 또한 원자의 존재가 정말 있다고 하는 것을 증명하는 브라운 운동에 대한 논문을 발표함으로써 1905년에 아주 혁혁한 업적을 남깁니다. 이로부터 정확하게 10년이 지난 1915년에는 일반 상대성 이론을 발표함으로써 아인슈타인의 상대성 이론을 마무리하게 되는데요. 이 상대성 이론을 한마디로 말씀드리자면 시간과 공간에 대한 혁명을 일으킨 이론이라고 말씀드릴 수 있겠습니다. 그리고 플랑크에 의해서 일어난 양자혁명은 그 이후로 꾸준히 연구가 계속되는데, 여기에는 어느 특정한 물리학자만이 참여한 것이 아니라 당대에 모든 물리학자들이 공동으로 참여했습니다. 물론 아인슈타인도 포함돼 있고요. 그래서 아주 수많은 이름들이 등장하게 되는데, 여기에 대해서는 차근차근 앞으로 말씀드리도록 하겠습니다. 이 양자 혁명은 30년 정도에 걸쳐서 일어나게 되는데요. 양자역학을 한마디로 말씀드리자면, '물질에 대한 물질의 존재 양식과 그 인식에 대한 혁명이다. ' 이렇게 말씀드릴 수 있겠습니다. 그래서 상대성 이론은 시간과 공간에 대한 혁명이고 양자역학은 그 시간과 공간에 놓여있는 물질에 대한 혁명인 것입니다.

상대성이론과 양자역학

그럼으로써 현대 물리학의 큰 두 개의 기둥이라고 할 수 있는 상대성이론과 양자역학이 완성됩니다. 그리고 이로써 소위 말하는 현대 물리학 혁명기가 끝나고 그 이후로 본격적으로 두 이론을 바탕으로 해서 현대 물리학이 여러 방향으로 뻗어나가게 되는 것이죠. 그런데 이런 현대 물리학이라고 하는 것은 전에도 몇 번 말씀드린 적이 있지만, 상식을 거부하는 이론입니다. 여러분이 가지고 있는 고정관념, 선입견 이런 것들이 적으면 적을수록 훨씬 더 현대 물리학을 잘 받아들일 수 있습니다. 그렇지 않으면 여러분이 가지고 있는 그 거부감 때문에 비록 머릿속으로는 이해가 된다 할지라도 마음으로는 받아들이기가 상당히 어려우실 것입니다. 그러므로 어떤 의미로는 이런 고정관념이 없는 백지상태의 어린 아이가 더 현대 물리학을 잘 이해할 수 있다고 할 수 있을지도 모르겠습니다. 어쨌든 여러분께서는 이 현대 물리학을 이해하는 데 있어서 가능하면 고정관념을 버리시기 바랍니다.