세상에 존재하는 모든 물리학

머리말

서언: 물리학은 어떤 학문일까?

1장 고대 물리학
1. 아리스토텔레스의 『자연학』
2. 알렉산드리아 시대의 물리학
3. 지구중심설의 성립
4. 임페투스 이론
5. 과학혁명을 준비하는 중세 유럽

2장 천문학 혁명
1. 코페르니쿠스의 태양중심설
2. 브라헤의 관측자료와 케플러의 행성운동법칙
3. 갈릴레이의 망원경 관측과 역학 연구

3장 역학혁명을 위한 전주곡
1. 실험을 중요시한 프랜시스 베이컨
2. 데카르트의 『방법서설』과 해석기하학
3. 진공과 대기압의 발견

4장 근대 과학의 기초가 된 뉴턴역학
1. 뉴턴의 일생
2. 운동법칙과 중력법칙
3. 뉴턴역학의 발전

5장 광학의 성립과 발전
1. 빛에 대한 초기 이론들
2. 입자설과 파동설
3. 빛의 속력 측정

6장 전기학에서 전자기학으로
1. 전기에 대한 이해의 발전
2. 쿨롱의 법칙과 옴의 법칙
3. 전류의 자기작용과 전자기 유도
4. 맥스웰 방정식과 전자기파

7장 열기관의 발전과 열역학의 성립
1. 전기에 대한 이해의 발전
2. 열소설과 운동설
3. 열역학 제2법칙과 엔트로피

8장 상대성이론과 시공간에 대한 새로운 이해
1. 물리학에 나타난 불협화음
2. 특수상대성이론
3. 일반상대성이론
4. 상대성이론의 증명

9장 양자역학과 원자
1. 원자론의 성립과 붕괴
2. 여러 가지 원자모형
3. 양자역학의 성립
4. 양자역학의 응용

10장 원자핵과 핵에너지
1. 양성자와 중성자의 발견
2. 원자핵의 에너지 구조와 방사성 붕괴
3. 인공 핵분열과 원자폭탄
4. 핵융합 반응의 발견과 핵융합 에너지의 이용

11장 입자의 세계
1. 입자 가속기와 검출 장치의 발전
2. 소립자들의 발견과 분류
3. 입자들 사이의 상호작용

12장 카오스에 대한 새로운 이해
1. 비선형 동역학계와 나비효과
2. 프랙탈 구조와 자기 유사성

참고문헌
찾아보기

고대 그리스에서 시작된 고대 물리학은 17세기에 있었던 과학혁명을 통해 근대 물리학으로 발전했고, 20세기에는 양자역학과 상대성이론을 바탕으로 한 현대 물리학으로 발전했다. 그 결과 우리는 세상이 원자로 이루어져 있고, 원자는 양성자, 중성자, 전자로 구성되어 있으며, 원자를 이루는 입자들은 다시 쿼크와 경입자라는 더 작은 입자들로 이루어져 있다는 것을 알아냈다. 그리고 세상을 이루고 있는 입자들은 중력에 의한 상호작용, 전자기적 상호작용, 강한 상호작용, 그리고 약한 상호작용의 네 가지 기본적인 상호작용을 통해 세상을 만들어 가고 있다는 것을 알게 되었다.
아직도 세상의 기원을 설명할 전능이론에 대한 연구가 계속되고 있기 때문에 지금까지 우리가 알아낸 입자들과 상호작용이 세상의 구성과 상호작용을 설명하는 완전한 해답이라고 할 수는 없다. 그러나 현재까지 물리학에서 밝혀낸 물질의 구성 요소들과 이들 사이의 상호작용은 인류가 이루어 낸 가장 위대한 지적 성취라고 할 수 있을 것이다.

고대 그리스 과학의 모순을 지적하고 새로운 과학을 시작했던 사람들은 고대 그리스의 과학과 철학을 배척했던 기독교로부터 탄압을 받아야 했다. 지구중심설을 버리고 태양중심설을 주장했던 갈릴레오 갈릴레이가 종교 재판을 받아야 했던 것은 그런 사정을 잘 보여 주고 있다. 그러나 고대 그리스 과학의 모순을 지적하고, 새로운 이론을 제시하는 용감한 사람들이 나타나 과학혁명을 이루어 냈다. 16세기와 17세기에 이루어진 과학혁명은 근대 과학의 발전으로 이어져 짧은 기간 동안의 인류 문명을 크게 발전시켰다.

데카르트는 또한 절대 운동을 부정하고 모든 운동은 한 물체가 다른 물체에 대해 상대적인 위치가 달라지는 상대 운동으로 보았다. 모든 운동이 상대적인 것이 되자 운동 상태와 정지 상태의 구별이 필요 없게 되었다. 데카르트의 이런 생각은 물체는 운동을 위해 힘이 계속 작용해야 하고 힘이 작용하지 않으면 정지한다는 아리스토텔레스의 역학에서 벗어나 점점 뉴턴역학으로 다가가고 있었던 당시의 상황을 잘 나타낸다.