고전 물리학

 그리스의 학자 아리스토텔레스와 에라토스테네스가 오늘날 우리가 물리학이라 부르는 측정과 계산들을 한 적이 있지만 물리학의 기초 치계는 갈릴레오와 뉴턴 및 16세기~17세기 과학혁명 시기의 여러 연구자들의 연구에서 기원을 찾을 수 있다. 이러한 물리학적 지식과 실험 방법들은 또 다른 혁명이 일어나기 전 200~300년간 꾸준히 성장했다. 물리학에서는 1895년 이전의 발견을 고전물리학으로, 1895년 이후의 발견을 현대 물리학으로 구분하고 있다. 정확한 연도는 중요하지 않으나, 일반적으로 1900년을 전후하혀 물리학에서 기념비적인 변화가 일어났다고 본다.

 1837년부터 1901년까지 영국 빅토리아 여왕의 긴 통치 기간 동안 사회적, 정치적, 학문적으로 큰 변화들이 일어 났으나, 물리학에서 이룩한 특별한 업적들에 비하면 중요하지 않을 것이다. 예를 들어, 오늘날의 전자통신 산업의 기반이 된 맥스웰의 전자기파의 예측과 이해를 들 수 있다. 또한 이 기간 동안 열역학이 정학환 과학이 되도록 연구 수준이 향상 되었다. 그러나 이러한 성과들 중 20세기에 일어난 현대물리학의 발견과 응용만큼 큰 파급 효과를 갖는 일은 없었다. 현대물리학의 발견 이후의 세계는 이전과 결코 같지 않다.

 이 장에서 뉴턴의 법칙, 맥스웰의 방정식, 그리고 열역학의 법칙들을 포함한 1895년 무렵의 물리학의 상황을 짧게 살펴 볼 것이다. 이 결과들은 백여 년 전과 마찬가지로 오늘날에도 중요한 역할을 한다. 실험 데이터의 해석을 통하여 200년 전에 해결되었다고 여겨졌던 빛의 파동과 입자 모델에 대한 과학자들의 논쟁이 20세기에 다시 재개되었다. 1895년 당시는 중력, 전기 및 자기의 기본 상호작용들에 대해서는 매우 잘 이해되고 있었다고 생각하였다. 물리학자들은 20세기 동안 자연의 기본 법칙에 대한 이해를 목표로 지속적으로 연구하였다. 일례로 자연계의 기본 힘에 새로운 것들(핵력 및 약력등)이 추가 되었고, 특별한 경우에 다양한 힘들이 결합될 수 있다는 사실이 증명되었다. 

1890년대의 고전물리학

 19세기 후반의 과학자들과 엔지니어들은 정말 의기양양했다. 그들은 모든 것들이 안정적으로 제어되고 있다고 생각했다. 당시 최고의 과학자들은 많은 보상을 받았고 명망이 있었다. 공개 강의도 번번히 이루어졌다. 일부 과학자들은 정치가들과도 밀접한 관계를 유지하였는데 이는 과학 및 공학이 전쟁무기를 만드는데 유용할 뿐만 아니라 사회적으로도 유용한 기술적 발전을 이루었기 때문이다. 기초 연구 또한 상업적, 군사적 응용의 기초로 인식되어 중요하게 간주되었다. 비록 1895년에는 원시적인 자동차만 있었고 비행기도 없엇지만, 교통수단들이 곧 빨리 발전될 것으로 여겨졌다. 일부는 이미 전화기를 가지고 있었고, 전기배전 시스템을 광범위하게 구축하는 것에 대한 계획도 진행 중이었따.

 현재 거시적인 고전적 결과라고 부르는 것들에 대한 성공을 기반으로 과학자들은 충분한 시간과 자원이 있다고 여겼으며, 어떤 것에 대해서든 설명할 수 있다고 느꼈다. 또한 여전히 해결되지 않은 몇 가지 어려운 의문점들을 인정했다. 예를 들어 그 당시 과학자들은 집중적인 연구에도 불구하고 물질의 구조에 대해 정확하게 이해하지 못하고 있었다. 그러나 거시적으로는 그들은 효율적인 엔진을 만드는 법을 알고 있었다. 배들은 호수, 바다 그리고 세계의 대양을 누볐다. 유럽 국가 간의 여행이 빈번하였으며, 기차로 쉽게 이동할 수 있었다. 많은 과학자들은 한 국가에서 태어나 한 가지 또는 두 가지 교육을 받고, 다른 나라에서 일을 했다. 새로운 아이디어 들은 핵심적 연구 그룹끼리 비교적 빨리 공유 되었다. 아인슈타인이 가장 대표적인 예이다. 과학 잡지들은 쉽게 읽혀지고 있었다.

 고전물리학의 아이디어는 19세기 말과 마찬가지로 오늘날에도 중요하고 유용하다. 예를 들어, 이를 이용하여 지금의 자동차를 만들고 전기를 생산할 수 있는 것이다. 에너지 보존 법칙, 선운동량, 각운동량 그리고 전하 보존 법칙은 다음과 같이 정리 할 수 있다.

 에너지 보존 법칙 : 에너지의 총합은 (모든 형태) 모든 상호작용에서 보존된다.

 선운동량 보존 법칙 : 외부 힘이 없으면 선운동량은 모든 상호작용에서 보존 된다(벡터 관계)

 각운동량 보존 법칙 : 외부 회전력이 없으면 각운동량은 모든 상호작용에서 보존된다(벡터관계

 전하 보전 법칙 : 전하는 모든 상호작용에서 보존된다.

 19세기 과학자들은 이 목록에 질량 보존 법칙을 추가 했지만, 오늘날 이것이 유효하지 않다는 것이 밝혀졌다. 이러한 보존 법칙들들은 역학, 전자기학, 그리고 열역학의 법칙들에 반영된다. 수백 년간 독립적인 주제였던 전기와 자기는 제임스 클럭 맥스웰(1831~1879)의 4개의 방정식으로 인해 결합되었다. 맥스웰은 또한 광학이 전자기학의 특별한 경우임을 보여주었다. 역학고 광학에 사용되는 파동은 자연의 중요한 요소로 알려져 있었다. 많은 자연 현상들은 물리 법칙을 사용하여 파동 운동으로 설멸도일 수 있었다.