고전물리학 Isaac Newton
제1법칙 – 관성의 법칙: 멈춰 있는 물체는 외부에서 가해진 힘이 없다면 움직이지 않는다. 움직이는 물체는 외부에서 가해진 힘이 없다면 같은 속도와 같은 방향으로 계속 움직이려 한다. 예를 들면 정지해 있는 물체는 계속 정지해 있으려 하고 움직이는 물체는 계속 일정한 속력으로 움직이려 한다.
제2법칙 – 가속도의 법칙: 물체에 힘이 가해질 때 가속도가 발생한다. 질량이 커질수록 그것을 가속시키기 위해서 더 큰 힘이 필요하다. 가속도는 힘에 비례 질량에 반비례
제3법칙 – 작용-반작용의 법칙: 모든 작용에는 힘의 크기는 같지만 방향은 반대인 반작용이 있다.
만유인력의 법칙(Law of universal gravity): 우주 안의 모든 사물은 눈에 보이지 않는 힘을 통해 다른 사물을 서로 끌어당긴다. – 행성의 궤도 타원
상대성 이론 Alert Einstein
Relativity 1) 특수상대성 이론(동일한 속도의 직선운동을 하는 조건): 관찰자가 빛의 속도로 달리고 계속되면, 빛은 정지상태로 보일 것 – 같은 시간에 발생한 사건도 관찰자들에게는 다른 시간에 일어 날 수 있다.
뉴턴의 시공간이 절대적이라는 전제가 항상 그렇지 않다는 사실을 증명함 – 물리학 법칙이 동일하게 적용하기 위해 관측자의 시공간이 동일해야 한다. – 시공간이 분리될 수 없다.
Relativity 2) 일반상대성 이론 – 중력이 어떻게 시공간을 휘게 만드는 지 설명
중력이 어떻게 물질에 작용 / 물질이 어떻게 시공을 휘게 만들어 중력을 발생시키는지 – Field Equation 장방정식 – 트렘펄린 공2개 동일하게 접히며 따라 구른다. 공1에 의해 표면이 휘어서
개기일식 – 빛은 직진 – 빛이 지구로 오는 과정에서 태양이라는 거대한 질량의 물질을 만나 휘어짐 -> 블랙홀, 웜홀(화이트홀과 블랙홀을 잇는 통로). 빅뱅
열역학법칙(Thermodynamics laws)
열과 역학적 일의 기본적인 관계를 토대로 열 현상과 에너지의 흐름을 규정하는 법칙
0: 모든 물체는 온도라고 하는 특성을 가지고 있으며 두 물체가 열적 평행상태에 있다면 둘의 온도는 같다.
구분할 수 없으면 동일 – 등가 원리
1: 에너지를 다른 형대로 변환할 수 있다. 하지만 새로 생성하거나 소멸시킬 수 없다.
2: 외부에 어떠한 변화도 남기지 않고 열을 저온부에서 고온부로 이동시키는 순환과정은 불가능/ 열은 고온부에서 저온부로는 자유롭게 이동한다. 하지만 열을 저온부에서 고온부로 이동시키기 위해서는 반드시 에너지를 공급하여야 한다.
엔트로피(Entropy): 하나의 시스템에서 더 이상 일할 능력이 없는 열에너지의 척도, 무용에너지의 척도/ 에너지의 변환과정은 비가역적(irreversible)이다.
엑서지(Exergy); 엔트로피의 반대개념, 하나의 시스템에서 일할 능력이 있는 열에너지로서, 시스템이 가지고 있는 가용에너지
3(네른스트의 열 정리): 모든 순물질의 완전 결정의 엔트로피는 절대 영도에서 제로. 고열은 에너지 높고, 저열은 에너지 낮고, 고열에서 저열로 이동 언젠가는 0이 된다.
에너지 보존의 법칙 Energy Conservation: 에너지는 생기지도 사라지지도 않는다. 모습이 바뀌어 나타날 뿐, 에너지의 총합은 일정하게 보존된다/ 질량 = 에너지
양자역학(Quantum Mechanics) (막스 보른, Max Born)
양자 - 무엇인가 띄엄띄엄 떨어진 양
역학 – 힘의 학문, 이러저러한 힘을 받는 물체가 어떤 운동을 하게 되는지 밝히는 물리학의 한 이론
1905 Light Quantum Theory by Albert Einstein
빛- 전기장과 자기장이 공간 속에서 펴져 나가는 전자기파/ 빛이 파동이라면 진동수와 파장
빛은 파동이지만 그 에너지가 일정한 단위로 띄엄띄엄 떨어져 있다. – 빛알 = 빛양자 = 광양자 = 광자
빛은 자연수로 존재 – 빛을 광자의 개수로 현상들을 설명
1913 보어의 법칙 by Niels Bohr
러더퍼드의 모형 태양계처럼 가운데 원자핵 그 주위를 전자들이 궤도를 회전하는 모형- 제대로 작동하기 위해 모든 궤도가 허용되는 것이 아니라 띄엄띄엄 몇 개의 궤도만 허용 가능하다.
1925 행렬역학 – 베르너 하이젠베르크, 파울리, 요르단
1926 파동역학 – 에르빈 슈뢰딩거
1927 불확정성 원리 - 베르너 하이젠베르크: 양자역학에서 두개의 관측 가능량을 동시에 측정할 때, 둘 사이의 정확도에는 물리적 한계가 있다. 즉 입자의 위치와 운동량을 동시에 측정할 수 없다
상보성 개념 보어(덴마크, 코펜하겐 해석)
- 양자계의 상태는 파동함수로 결정
- 모든 물리량은 관측 가능량으로서만 의미 cf. 불확정성 원리
- 양자계는 파동으로써 속성과 입자로써의 속성을 상보적으로 가지며, 이 상보성은 모든 물리적 대상에서 발견된다.
Cf. 상보성: 미시적 세계의 현상을 기술하는 데는 파동과 입자 같은 서로 반대되는 개념의 짝을 함께 사용한다.
- 측정 순간 파동함수의 오그라듦이라는 불연속성과 양자도약이 필연적이다.
- 양자계는 근원적으로 비분리성, 비국소성을 갖는다.
피에르 라플라스 – 물리학을 통해 세상의 모든 것을 다 알 수 있다. - 태양계의 기원에 대해 칸트-라플라스설인 성운설
1935 슈뢰딩거의 고양이
1964 리차드 파인만: 세상 만물은 원자로 되어 있다. – 원자가 기본물질 – 원자의 교환 -진화
- 원자핵
• (+)전하를 띤다.
• 원자의 중심에 위치한다.
• 양성자와 중성자로 이루어진다.
- 양성자: (+)전하를 띤다.
- 중성자: 전하를 띠지 않는다.
• 원자 질량의 대부분을 차지한다.
② 전자
• (-)전하를 띤다.
• 원자핵 주위를 움직이고 있다.
2) 원자의 특징
① 원자핵의 (+)전하량과 전자의 총 (-)전하량이 같기 때문에 원자는 전기적으로 중성이다.
→ (+)전하를 띠는 양성자 수와 (-)전하를 띠는 전자 수가 같다.
② 원자의 종류에 따라 원자핵의 전하량과 전자의 수가 다르다.
③ 원자는 지름이 10-10m 정도로 매우 작아서 눈에 보이지 않는다.
④ 원자핵과 전자의 크기는 원자에 비해 매우 작다. → 원자의 내부는 대부분 빈 공간이다.
⑤ 원자핵은 전자에 비해 질량이 매우 크다. → 원자 질량의 대부분을 차지한다.
원소는 물질의 기본 성분이고, 원자는 물질을 구성하는 기본 입자이다.
• 과일의 종류: 사과, 배, 귤 → 원소의 개념
• 과일의 개수: 사과 3개, 배 2개, 귤 4개 → 원자의 개념
원자의 모형은 원자핵 주위에 전자가 구름처럼 퍼져 있는 확률로 나타낸 모양이다
(전자의 위치를 정확히 알지 못하기 때문)
