HYUK'S BLOG

강의를 시작하며

물리학은 모든 과학 분야 중에서 가장 기본적인 분야이며, 과학의 발전에 가장 지대한 영향을 끼치는 학문이다. 오늘날의 물리학은 현대 과학의 산파역할을 했던 자연과학과 거의 동등한 역할을 하고 있다. 이는 물리학이 자연현상을 설명하는데 필수적으로 요구되는 기초학문이기 때문이다.

사람들은 흔히 ‘과학적이 아닌’것에 대하여 불신하는 경향이 있는데, 그것은 전적으로 잘못된 생각이다. 과학이 아니면서도 우리에게 좋은 것은 얼마든지 있다. 사랑이 과학이라고 이야기할 수 있는가? 그것은 단지 과학이 아닌 ‘다른 무엇’일 뿐이다.

Q. 과학을 무엇이라고 생각하시나요?

화학

물리학으로부터 가장 깊은 영향을 받은 과학은 아마도 화학일 것이다. 무기화학의 법칙들은 궁극적으로 양자역학을 통해 설명될 수 있기 때문에 사실 이론화학은 물리학과 다를 것이 없다. 이론화학의 핵심은 양자역학이다.

물리학과 화학이 합작하여 새롭게 태어난 분야도 있다. - 통계역학

오늘날의 무기화학은 물리화학과 양자역학으로 모든 것이 설명된다. 물리화학은 반응이 일어나는 비율과 반응의 구체적 과정을 연구하는 과학이며, 양자역학은 화학적 현상들을 물리학의 법칙으로 이해하기 위해 탄생한 분야이다.

생물학

물리학과 생물학 사이에도 매우 유서 깊은 인연이 있다. 물리학의 기본법칙 중 하나인 에너지 보존법칙이 생물학 분야에서 먼저 발견된 것이다. 마이어(J.R.Mayer)는 생명체가 흡수하는 열량과 방출하는 열량 사이의 관계를 추적하다가 이 놀라운 사실을 알아내었다.

살아있는 동물들이 겪는 생물학적 과정을 좀 더 자세히 관찰해보면, 거기에는 많은 물리적 현상들이 숨어있는 것을 알 수 있다. 피의 순환과 심장의 펌프질, 압력 등이 그 대표적인 사례이다. 물론 신경구조도 빼놓을 수 없다. - 신경세포와 관련된 전기적 현상

살아있는 모든 생명체들은 무수히 많은 공통점을 갖고 있다. 그러나 가장 보편적인 공통점은 생명체들이 한결같이 세포로 이루어져 있다는 사실이다. 각 세포의 내부에서는 매우 복잡하고 정교한 ‘화학공장’이 가동되고 있다. - 호흡의 과정(크랩스 사이클) : 활성화 에너지, 촉매(효소)

물리학이 생물학을 비롯한 여타 과학 분야에서 중요하게 취급되는 이유는 이것 말고도 얼마든지 있는데, 그 대표적인 예가 바로 ‘실험기술’이다. 복잡한 반응 과정을 분석할 때, 가장 효율적인 방법은 반응에 관여하는 원자들마다 일종의 ‘꼬리표’를 달아두는 것이다.

지금의 생물학은 다른 어떤 분야보다 첨단을 달리고 있다.(DNA 포함) 그리고 생명을 연구하는 모든 분야에 공통적으로 적용되는 대전제는 모든 물질이 원자들로 이루어져 있다는 사실이다. 그러므로 모든 생명활동은 결국 원자의 움직임으로부터 이해될 수 있을 것이다.

천문학

천문학은 물리학보다도 훨씬 긴 역사를 갖고 있다. 사실 물리학은 천문학이 별과 행성의 운동으로부터 아름답고 단순한 규칙을 발견함으로써 태동되었다고 해도 과언이 아니다. 그러나 뭐니 뭐니 해도 천문학 역사상 가장 위대한 발견은 우주 내의 모든 별들이 지구에 있는 원소들과 동일한 종류로 이루어져 있음을 알아낸 것이다. 모든 원자들은 각자 고유한 진동수의 빛을 방출하고 있기 때문이다.

- 핵분열과 핵융합

Q. 과학과 문학, 사회학등 다른 여타 학문과의 관계에 대해 이야기해보자.

지질학

지질학의 가장 기본적인 질문은 아주 간단하다. “땅은 왜 지금과 같은 모습을 하고 있는가?” 강이나 바람에 의한 침식작용 같은 현상들은 우리의 눈에 분명하게 보이기 때문에 쉽게 이해할 수 있지만, 모든 침식과정에는 눈에 분명하게 보이기 때문에 쉽게 이해할 수 있지만, 모든 침식과정에는 눈에 보이지 않는 다른 현상들이 동시에 진행되고 있다. 지구상의 모든 산들은 평균적으로 볼 때 과거보다 높아지고 있다. “산을 형성하는 과정”이 은밀하게 진행되고 있는 것이다.

지구의 내부는 어떤 모습일까? 지구를 관통하는 지진파의 속도와 지구의 밀도 분포에 관해서는 꽤 많은 사실들이 알려져 있다. 그러나 현재 예상되는 지구 중심부의 압력 하에서, 그 근처에 있는 물질들의 밀도를 예측하는 이론적인 모델은 아직 만들어지지 못했다.

심리학

정신분석학은 과학이 아니다. 그것은 기껏해야 치료과정일 뿐이며, 경우에 따라서는 주술에 가깝다고 말할 수도 있다. 정신분석학에는 질병의 원인을 규명하는 이론이 있는데, 여러 종류의 영혼(귀신)에서 그 원인을 찾고 있다. (Q. 정말?)

지각생리학과 같은 심리학의 다른 분과들은 조금 따분한 경향이 있다. 그러나 이 분야에서도 미미하지만 분명한 진보가 이루어지고 있다. - 신경계통

왜 이렇게 되었는가?

도구를 발명하는 것과 달리, 물리학이 다른 과학에 유용한 이론을 제시하려면 먼저 해당분야의 과학자들은 자신이 안고 있는 문제를 물리학적 용어로 바꾸어 물리학자에게 설명해 주어야 한다.

다른 과학 분야에는 물리학에서 찾아볼 수 없는 또 다른 문제점이 있다. 이 문제를 표현할 만한 적절한 단어가 없기 때문에, 일단은 ‘역사적 질문’이라고 해두자. 그러나 현 시점에서 물리학은 ‘역사적 질문’으로 고민하지 않는다.

마지막으로, 많은 분야에 공통적으로 적용되면서 아직 해결되지 않고 있는 물리학 문제가  하나 있다. 그것은 바로 ‘난류의 순환 과정’을 분석하는 일이다.