세상에 존재하는 모든 물리학 (탈레스부터 힉스입자까지)

곽영직

서울대학교자연과학대학물리학과를졸업하고,미국켄터키대학교에서박사학위를받은후수원대학교물리학과교수로재직하면서자연과학대학장,대학원장등을역임했다.『세상을바꾼열가지과학혁명』,『인류문명과함께보는과학의역사』,『토머스쿤의《과학혁명의구조》읽기』,『칼세이건의《코스모스》읽기』,『하이젠베르크의《부분과전체》읽기』등다수의과학해설서를펴냈고,『오리진』,『빅뱅』등다수의과학책을번역하였으며,『왜땅으로떨어질까?』를비롯한다수의어린이용과학책을저술했다.

머리말
서언:물리학은어떤학문일까?

1장고대물리학
1.아리스토텔레스의『자연학』
2.알렉산드리아시대의물리학
3.지구중심설의성립
4.임페투스이론
5.과학혁명을준비하는중세유럽

2장천문학혁명
1.코페르니쿠스의태양중심설
2.브라헤의관측자료와케플러의행성운동법칙
3.갈릴레이의망원경관측과역학연구

3장역학혁명을위한전주곡
1.실험을중요시한프랜시스베이컨
2.데카르트의『방법서설』과해석기하학
3.진공과대기압의발견

4장근대과학의기초가된뉴턴역학
1.뉴턴의일생
2.운동법칙과중력법칙
3.뉴턴역학의발전
5장광학의성립과발전
1.빛에대한초기이론들
2.입자설과파동설
3.빛의속력측정

6장전기학에서전자기학으로
1.전기에대한이해의발전
2.쿨롱의법칙과옴의법칙
3.전류의자기작용과전자기유도
4.맥스웰방정식과전자기파

7장열기관의발전과열역학의성립
1.전기에대한이해의발전
2.열소설과운동설
3.열역학제2법칙과엔트로피

8장상대성이론과시공간에대한새로운이해
1.물리학에나타난불협화음
2.특수상대성이론
3.일반상대성이론
4.상대성이론의증명

9장양자역학과원자
1.원자론의성립과붕괴
2.여러가지원자모형
3.양자역학의성립
4.양자역학의응용

10장원자핵과핵에너지
1.양성자와중성자의발견
2.원자핵의에너지구조와방사성붕괴
3.인공핵분열과원자폭탄
4.핵융합반응의발견과핵융합에너지의이용

11장입자의세계
1.입자가속기와검출장치의발전
2.소립자들의발견과분류
3.입자들사이의상호작용

12장카오스에대한새로운이해
1.비선형동역학계와나비효과
2.프랙탈구조와자기유사성

참고문헌
찾아보기

고대그리스철학자에게서발견하는물리학의연원

물리학이란무엇인가?물리학은자연을이루는가장기본적인구성요소가무엇인지,이요소들이어떤방식으로상호작용하여자연현상을발생시키는지연구하는학문이다.인류는오래전부터자연현상에관심을두었는데,기원전6세기경으로거슬러올라가면고대그리스의자연철학자들이자연현상의원인을찾으려고시도한흔적들을발견할수있다.
세상을이루는기본적인요소로여겨졌던아르케(arche)를추적하면서시작된고대물리학은철학자아리스토텔레스의『자연학』을통해완성된다.여덟권으로구성된『자연학』은자연현상과관련한아리스토텔레스의강의노트와저술을편집한저작이다.이저작의구성을들여다보면고대그리스철학자들이자연을어떻게인식했고,어떤방법으로연구했는지에관한단초를발견할수있다.
현대물리학의관점에서보면『자연학』에기록된아리스토텔레스의주장은대부분올바른과학적사실이아니다.따라서근대와현대물리학을다루는교과서에서는『자연학』의내용을다루지않는다.그러나근대물리학은아리스토텔레스가집대성한물리학의내용을비판하고부정하는과정을통해성립되었기때문에,물리학의역사와현대과학을올바로이해하기위해서라도아리스토텔레스의물리학을제대로짚어보아야만한다.
명멸의순간을거듭하는물리학,
혁명의변곡점에도달하다

4세기에기독교를국교로공인한로마는기독교교리와상충하는고대그리스의철학과과학을철저하게배제했다.그결과서유럽에서철학과과학은11세기까지오랜침체기를겪는다.그러나십자군전쟁이후이슬람국가로부터아랍세계에보존되어있던고대그리스철학과과학저술들이다시유럽으로들어오면서,스콜라철학자들이아랍어로번역된그리스저작들을라틴어로번역하기시작했다.이로써아리스토텔레스를비롯한고대철학자들의사상이기독교신학에도입되었다.
그러나기존의그리스이론들을비판하며새로운학설을제시했던학자들은전통과기독교교리와부합하지않는다는명목으로기독교도들에게극심한탄압을받는다.죽음의위협을감수하고전통에맞섰던과학자들은새로운대안으로대중을설득하여과학혁명을이룩해낸다.

아리스토텔레스의역학에서
뉴턴역학으로의이행

12세기에이르러유럽학자들은고대그리스학문을새롭게발견했고,고대그리스의과학이론들을진리처럼받들었다.그러나16세기영국철학자프랜시스베이컨은아리스토텔레스의『자연학』을향해진리의발견을방해하는우상이라고격렬한어조로비판했다.베이컨에게아리스토텔레스의『자연학』은그저상상을통해얻은체계에경험을꿰맞춘이론일뿐이었다.이처럼베이컨은아리스토텔레스과학의잔재를치움으로써뉴턴역학으로이행하기위한기틀을마련했다.
동시대프랑스의철학자르네데카르트는세상이형이상학적영역에속하는정신과역학법칙의지배를받는물질로이루어졌다고보았다.그가바라본자연은역학적인과법칙의지배를받는세계이며수학적인방법으로설명할수없는세계였다.따라서그는자연에신적인요소는물론아리스토텔레스의목적인도개입할여지를인정하지않았다.데카르트는절대운동을부정하고모든운동은한물체가다른물체에대해상대적인위치가달라지는상대운동으로보았다.모든운동이상대적인것이되자운동상태와정지상태의구별이필요없게되었다.데카르트의이런생각들은물체는운동을위해힘이계속작용해야하고힘이작용하지않으면정지한다는아리스토텔레스의역학에서벗어나점점뉴턴역학으로다가가고있었던당시의상황을시사한다.