양자중력, 자연의 궁극을 알고자 하는 인간이 더 나가지 못하고 있는 최전선이다. 인간의 지적 지평선 너머에 있는 양자중력(Quantum Gravity)을 공략하기 위하여 물리학자들은 여러 시도를 하고 있지만, 전선에서 들려오는 소식은 아직까지 희망적이지 못하다.
양자중력 이론은 표준모형에서 만나지 못한 중력까지 포함하여, 하나의 통합된 관점에서 자연을 이해하고자 하는 바램을 담은 것이다. 중력은 자연의 배경이...
운동하는 물체가 언제 어디에 있을지를 정확하게 알고 싶다. 앞에서 이야기했듯이 여기서 물체라고 말하는 경우에 질점을 의미한다.
무엇을 알아야, 물체의 운동을 결정하고 예측할 수 있을까? 우리의 경험에 따르면, 어디로 던지느냐에 따라서 떨어지는 위치가 다르고, 같은 방향으로 던진다고 하더라도 얼마의 빠르기로 던지느냐에 따라서도 운동이 달라진다. 빠르기를 속력(speed)이라 부르고, 속력과 방향을 합하여 속도(velocity)라고...
눈에 보이는 빛과 보이지 않으며 다양한 모습으로 자신을 드러내는 빛들, 기본물질들을 쌍생성하는 빛들, 물질의 미시적 상태와 구조를 알려주는 빛들, 우주에 배경처럼 퍼져 있는 빛들, 지구상 생명체 진화의 빅뱅을 가능하게 한 산소를 내뿜는 엽록소에 안착한 빛들, 빛은 우리에게 친숙한 정도를 넘어서 지구와 생명체의 진화만이 아니라 우주와 물질의 진화와 떨어질 수...
이제 뉴턴의 운동법칙을 이용하여 실제 자연의 운동을 풀어볼 것이다. 여기서 우리는 하나 물체가 힘을 받을 때, 어떻게 운동하는지에 대하여 살펴볼 것이다.
운동 제2법칙 $pmb{F} equiv cfrac{d pmb{p}}{dt}$은 계의 질량이 일정한 경우에, $pmb{F} = m pmb{a}$ 가 된다 .
우리는 앞에서 이야기했듯이, 임의의 시간에 대하여 물체의 위치와 속도를 구하는 것으로 운동방정식을...
우리는 지금까지 크기를 고려하지 않은 질점의 운동을 지배하는 보편적 원리(뉴턴의 운동법칙)와 운동원인(만유인력, 뉴턴의 중력이론)에 대하여 살펴보았고, 보편적 원리를 운동방정식이라는 수식으로 표현하면서 다양한 물리적 계에 대하여 그 계의 운동들(등속도, 등가속도, 단진동 등)을 정량적으로 알 수(운동방정식을 풀어서 나온 해) 있었다. 또한 제한적이지만, 질점이 환경으로부터 일정한 힘 외에 속력에 비례하는 저항력(마찰력)을 받는...
빛의 편광
빛이라는 미시적 대상을 거시적 현상인 파동의 관점에서 기술할 때, 빛은 진행방향에 대해 수직인 평면 상에서 전기장과 자기장이 서로 수직하며 진동하기 때문에, 빛을 거시적 파동의 관점에서 횡파로 볼 수 있다. 물론 빛은 미시적 물질의 진동이 아니라 자체적으로 진동하는 장을 갖고 있기 때문에, 일반적 파동과 본질적으로 다른 현상이다.
횡파에서는 진행방향과 수직한...
앞서 우리가 추론과 직관으로 운동의 원리를 이끌어냈지만, 뉴턴이 전개한 방법은 달랐다.
뉴턴이 프린키피아에서 했던 내용을 옮겨보자. 물리량의 정의부터 프린키피아가 시작된다.
♦ 정의 I. “물질의 양은, 물질을 밀도와 부피의 곱으로 측정하는 값이다.”
♦ 정의 II. “운동의 양은, 운동의 속도와 물질의 양을 곱하여 측정할 수 있는 값이다.”
♦ 정의 III. “물질의 고유한 힘은, 물체가...
뉴턴 역학은 운동법칙이라는 보편적 자연원리에, 만유인력, 복원력과 같이 계에 영향을 주는 특정한 힘을 넣어 운동방정식을 결정하고, 미적분 등 수학을 사용하여 해(속도, 위치)를 구한다.
물체의 운동을 결정하는 단순한 식이 함의하는 물리적 의미를 앞에서 살펴보았고, 역학의 성배인 운동법칙을 우리 나름의 방법으로 이끌어내기도 하였다. 세상을 지배하는 운동법칙은 아주 단순하다. 운동법칙을 다른 관점에서 이끌어...
파동은 물질이 아니라 에너지가 흐르는 것이다. 자연에서 무엇인가를 이동시킬 수 있는 방법은 두 가지다. 직접적인 방법과 간접적인 방법. 이렇게 이야기를 하면, 단지 ‘직접’과 ‘간접’이라는 용어만 나열한 것이지 특별히 가치 있는 어떤 정보를 준다고 할 수 없다. (물리적 실체인) 무엇인가를, 공간적으로 멀리 떨어진 두 점 A에서 B까지 이동시키는 경우를 생각하자....
운동학(kinematics)은 입자나 물체 또는 다수의 물체가 모여 이루어진 계의 운동을 다루는 고전 역학의 하위 학문이다. 운동학은 운동의 양상만을 다루고 운동이 일어나는 원인에 대해서는 고려하지 않는다. 여기서는 입자가 다른 물체와 상호작용하면서 일어나는 운동현상 혹은 여러 입자가 있는 경우에 내부의 힘과 외부의 힘들에 의한 영향 등을 다룰 것이다. 운동학의 내용은 물론...
