빛은 우리에게 너무나 친숙하고 소중하지만, 현대과학을 비쳐주었다는 과학의 관점에서도 그렇다. 맥스웰이 전자기 현상을 통합하는 방정식에서 빛을 끄집어 낸 후, 빛은 더욱 더 물리학자들에게 뜨거운 관심을 받았다. 빛은 자신을 바라보는 관찰자의 운동과 무관하게 빠르기가 일정하다는 당황스러운 주장을 하면서, 다른 한편으로는 가열된 물체에서 나오는 자신의 스펙트럼을 왜 인간이 설명하지 못하고 있는지...
4개의 등식으로 전자기장을 통합하여 나타내는 맥스웰의 멋진 장 방정식은 미분기하학 관점에서 아주 단순한 등식으로 쓰여질 수 있고, 입자물리학의 표준모형인 게이지 이론을 시작하도록 만들었지만 여기서는 다른 관점의 이야기를 할 것이다. 맥스웰은 1865년에 자신의 방정식에서 계산된 전자기파의 속도와 그때까지 실험적으로 알려진 빛의 속도가 거의 같다는 것을 발견하고 빛이 전자기파라고 추측하였고, 1888년에...
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...
우리는 교과서에서 굴절을 배울 때, 두 명이 각각 긴 밧줄 끝을 잡고 맨땅에서 뛰다가 한 명은 모래사장으로 뛰게 되면서 밧줄이 꺾이는 그림을 본 적이 있을 것이다. 이 그림은 아직도 교과서에 나오는 것 같다. 그런데, 이러한 식으로 매질이 달라질 때 파동이 꺾이는 굴절을 설명해도 괜찮은 것일까? 단지 매질에 따라 속도가...
호모 사피엔스가 다른 동물들처럼 자연에서 먹이를 얻던 시기에, 자연은 인간이 종속되어 살아남기 위해 따라야 할 세계였다. 이후에 채집이 아니라 농작물을 재배하고 수렵이 아니라 목축을 할 수 있게 되면서, 인간은 자연과의 관계에서 비로소 다른 동물과 달라지게 되었다. 자연과 수동적으로만 관계하던 태도에서 자연을 활용하려는 능동적인 태도를 갖게 된 인간은 자연을 보다...
아래에 목차와 참고 이미지들의 출처를 밝혔으나, 호모 사이언스 웹사이트에 글을 올리면서 목차는 다소 변경되었음을 참고하시기 바란다.
"자연원리의 이해"라는 제목으로 이곳에 놓아두는 글은 책을 빨리 내고자 하는 급한 마음에 2018년 8월 ~ 11월 사이에 책의 초고로 작성했던 것에 바탕을 둔다. 이후 페이스북의 비공개 그룹인 "과학책을 읽는 보통사람들"에 이 초고의 일부를 연재하기도...
파동이 진행하다가 장애물을 만나서 진행방향, 형태가 바뀌는 것을 회절(diffraction)이라고 한다. 직진하던 입자가 장애물을 만난다고 돌아가지는 않기 때문에, 회절은 간섭과 더불어 파동성을 나타내는 대표적인 특성이다. 회절은 파장의 길이가 길수록 더 잘 일어난다. 작은 터널을 지날 때 자동차에서 수신하는 DMB 신호가 끊기더라도, 라디오 소리가 계속 나올 수 있는 것은 파장에 따른...
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...
현실 세계에서 물체는 공기 중에서 움직이거나 물 속에서 움직이는 일들이 흔하다. 이러한 경우에 우리가 공기나 물과의 저항까지 고려하여 운동방정식을 푼다면, 보다 현실에 가까운 결과를 얻을 수 있을 것이다. 물론 그만큼 조금 더 수학적 풀이가 어려워질 것이다. 일단 여기서는 운동하는 물체가 속력에 비례하는 저항을 받는 경우에, 운동방정식을 정확히 풀어서 물리적으로...
빛의 산란
빛이 물질과 상호작용하여 방향이 바뀌는 것을 빛의 산란(散亂 scattering)이라고 한다. 태양에서 오는 빛은 우리 눈에 들어오기 전에 대기층을 지나며 공기 중에 있는 다양한 입자들과 충돌한다. 빛과 입자의 충돌에 따른 산란의 정도를 여기서 유도하지는 않겠지만, 빛과 입자의 상대적 크기에 영향 받는다. 입자의 크기가 빛의 파장보다 훨씬 작은 경우에는 파장이...
