물리학-기본적인 과학

[dhleepaul]

물리학은 물질, 물질의 기본 구성 요소, 공간과 시간에 따른 물질의 움직임과 행동, 에너지와 힘의 관련 실체에 대한 과학적 연구입니다. [1] 물리학은 가장 기본적인 과학 분야 중 하나입니다. [2][3][4] 물리학 분야를 전문으로 하는 과학자를 물리학자라고 합니다.

물리학은 가장 오래된 학문 분야 중 하나입니다. [5] 지난 2000년 동안 물리학, 화학, 생물학 및 수학의 특정 분야는 자연 철학의 일부였지만 17세기 과학 혁명 동안 이러한 자연 과학은 별도의 연구 노력으로 분기되었습니다. [ᅡ] 물리학은 생물 물리학 및 양자 화학과 같은 많은 학제 간 연구 영역과 교차하며 물리학의 경계는 엄격하게 정의되어 있지 않습니다. 물리학의 새로운 아이디어는 종종 다른 과학에서 연구하는 기본 메커니즘을 설명하고[2] 수학 및 철학과 같은 이러한 학문 분야와 다른 학문 분야에서 새로운 연구 방법을 제안합니다.

물리학의 발전은 종종 새로운 기술을 가능하게 합니다. 예를 들어, 전자기학, 고체 물리학 및 핵 물리학에 대한 이해의 발전은 텔레비전, 컴퓨터, 가전 제품 및 핵무기와 같은 현대 사회를 변화시킨 기술의 개발로 직접 이어졌습니다. [2] 열역학의 발전은 산업화의 발전으로 이어졌습니다. 그리고 역학의 발전은 미적분학의 발전에 영감을 주었습니다.

물리학의 빅뱅 이론에 따른 우주의 팽창

역사

본문: History of physics

물리학이라는 단어는 라틴어 physica ( '자연에 대한 연구')에서 유래했으며, 그 자체는 그리스어 φυσική (phusikḗ '자연 과학')를 차용한 것으로, φύσις (phúsis '기원, 자연, 속성')에서 파생 된 용어입니다. [7][8][9]

고대 천문학

본문: History of astronomy

고대 이집트의 천문학은 이집트 제18왕조의 세네무트의 무덤 천장과 같은 기념물에서 분명합니다.

천문학은 가장 오래된 자연 과학 중 하나입니다. 기원전 3000년 이전의 수메르인, 고대 이집트인, 인더스 계곡 문명과 같은 초기 문명은 태양, 달, 별의 움직임에 대한 예측 지식과 기본 인식을 가지고 있었습니다. 신을 상징한다고 믿어진 별들과 행성들은 종종 숭배의 대상이 되었다. 별의 관측 위치에 대한 설명은 종종 비과학적이고 증거가 부족했지만, 이러한 초기 관측은 별이 하늘을 가로 질러 큰 원을 가로 지르는 것으로 밝혀짐에 따라 이후 천문학의 기초를 마련했습니다 [5] 행성의 위치를 설명 할 수 없습니다.

Asger Aaboe에 따르면, 서양 천문학의 기원은 메소포타미아에서 찾을 수 있으며, 정확한 과학에 대한 서양의 모든 노력은 후기 바빌로니아 천문학의 후손입니다. [10] 이집트 천문학자들은 별자리와 천체의 움직임에 대한 지식을 보여주는 기념물을 남겼고,[11] 그리스 시인 호메로스는 그의 일리아드와 오디세이에서 다양한 천체에 대해 썼습니다. 나중에 그리스 천문학자들은 북반구에서 볼 수 있는 대부분의 별자리에 대해 오늘날에도 여전히 사용되는 이름을 제공했습니다. [12]

자연철학

본문: 자연철학

자연 철학은 고대 시대 (기원전 650 년 – 기원전 480 년)에 그리스에서 기원을 가지고 있으며, 탈레스와 같은 소크라테스 이전 철학자들은 자연 현상에 대한 비 자연주의적 설명을 거부하고 모든 사건에 자연적 원인이 있다고 선언했습니다. [13] 그들은 이성과 관찰에 의해 검증된 아이디어를 제안했고, 그들의 가설 중 많은 부분이 실험에서 성공적임이 입증되었습니다. [14] 예를 들어, 원자론은 Leucippus와 그의 제자 Democritus가 제안한 지 약 2000년 후에 올바른 것으로 밝혀졌습니다. [15]

아리스토텔레스와 헬레니즘 물리학

아리스토텔레스
(기원전 384–322년))

그리스의 고전 시대 (기원전 6 세기, 5 세기, 4 세기)와 헬레니즘 시대에 자연 철학은 많은 탐구 분야를 따라 발전했습니다. 아리스토텔레스(그리스어: Ἀριστοτέλης, Aristotélēs) (기원전 384-322년), 플라톤의 제자 기원전 4세기에 "물리학"에 대한 실질적인 논문을 포함하여 많은 주제에 대해 썼습니다. 아리스토텔레스의 물리학은 약 2000년 동안 영향력이 있었다. 그의 접근법은 논리적 연역적 논증과 제한된 관찰을 혼합했지만 추론 된 진술의 실험적 검증에 의존하지 않았습니다. 물리학에 대한 아리스토텔레스의 기초 연구는 매우 불완전했지만 후대의 사상가들이 이 분야를 더욱 발전시킨 틀을 형성했습니다. 그의 접근 방식은 오늘날 완전히 대체되었습니다.

그는 운동(그리고 중력)과 같은 개념을 4원소 이론으로 설명했다. 아리스토텔레스는 네 가지 고전적 원소(공기, 불, 물, 흙)가 각각 고유한 자연 장소를 가지고 있다고 믿었습니다. [16] 밀도가 다르기 때문에 각 요소는 대기의 특정 위치로 되돌아갑니다. [17] 따라서 무게 때문에 불은 맨 위에, 공기는 불 아래에, 그 다음에는 물, 그 다음에는 흙에 있을 것입니다. 그는 또한 소량의 한 원소가 다른 원소의 자연적인 장소로 들어갈 때, 덜 풍부한 원소는 자동으로 자신의 자연적인 장소로 갈 것이라고 말했다. 예를 들어, 땅에 불이 났을 때, 불길은 그것이 속해 있던 원래 장소로 되돌아가려고 시도하기 위해 공기 중으로 올라갑니다. 그의 운동 법칙은 다음과 같습니다 : 무거운 물체는 더 빨리 떨어지고, 속도는 무게에 비례하며, 떨어지는 물체의 속도는 떨어지는 물체의 밀도 (예 : 공기의 밀도)에 반비례합니다. [18] 그는 또한 격렬한 운동(두 번째 물체에 의해 물체에 힘이 가해질 때 물체의 운동)에 관해서는 물체가 움직이는 속도는 물체에 가해지는 힘의 척도만큼만 빠르거나 강할 것이라고 말했습니다. [18] 운동의 문제와 그 원인에 대해 주의 깊게 연구한 결과, 세상의 모든 운동의 궁극적인 근원으로서의 "원동기"라는 철학적 개념에 이르게 되었습니다(그의 논문 물리학 8권).

중세 유럽과 이슬람

본문: 중세의 유럽 과학과 중세 이슬람 세계의 물리학

서로마 제국은 5세기에 침략자들과 내부의 부패로 멸망했고, 그 결과 서유럽에서 지적 추구가 쇠퇴했다. 이와는 대조적으로, 동로마 제국(보통 비잔틴 제국으로 알려짐)은 침략자들의 공격에 저항하고 물리학을 포함한 다양한 학문 분야를 계속 발전시켰습니다. [19]

6세기에 밀레토스의 이시도르는 아르키메데스 팔림프세스트에 복사된 아르키메데스의 작품을 모은 중요한 편집본을 만들었습니다.

6세기 유럽에서 비잔틴 학자인 요한 필로포누스는 아리스토텔레스의 물리학 가르침에 의문을 제기하고 그 결점을 지적하였습니다. 그는 추진력 이론을 소개했다. 아리스토텔레스의 물리학은 필로포누스(Philoponus)가 나타나기 전까지는 면밀히 조사되지 않았다. 언어적 논증에 기초하여 물리학을 만든 아리스토텔레스와 달리, 필로포누스는 관찰에 의존했다. 아리스토텔레스의 물리학에 대해 필로포누스는 다음과 같이 썼다.

그러나 이것은 완전히 잘못된 것이며, 우리의 견해는 어떤 종류의 구두 논증보다 실제 관찰에 의해 더 효과적으로 확증될 수 있다. 왜냐하면 만약 당신이 같은 높이에서 두 개의 추를 떨어뜨리게 한다면, 그 중 하나는 다른 것보다 몇 배나 무겁기 때문에, 동작에 필요한 시간의 비율은 추의 비율에 의존하는 것이 아니라 시간의 차이가 매우 작다는 것을 알게 될 것입니다. 따라서 무게의 차이가 크지 않은 경우, 즉 한 쪽이 다른 쪽의 두 배라고 하면, 차이가 없거나 그렇지 않으면 시간이 지남에 따라 눈에 띄지 않는 차이가 있을 것입니다., 무게의 차이는 결코 무시할 수 없는 것이 아니며 한 몸이 다른 몸체보다 두 배 더 무겁습니다[20]

아리스토텔레스의 물리학 원리에 대한 필로포누스의 비판은 10세기 후,[21] 과학 혁명 기간 동안 갈릴레오 갈릴레이에게 영감을 주었다. 갈릴레오는 아리스토텔레스의 물리학에 결함이 있다고 주장할 때 그의 저서에서 필로포누스를 실질적으로 인용했다. [22][23] 1300년대에 파리 대학의 예술 학부 교수인 Jean Buridan은 추진력의 개념을 개발했습니다. 그것은 관성과 추진력에 대한 현대의 아이디어를 향한 한 걸음이었습니다. [24]

이슬람 학문은 그리스인으로부터 아리스토텔레스 물리학을 계승했으며 이슬람 황금 시대에는 특히 관찰과 선험적 추론을 강조하여 과학적 방법의 초기 형태를 개발하여 더욱 발전했습니다.

Ibn al-Haytham (c. 965 – c. 1040)은 광학의 책에서 그의 카메라 옵스큐라 실험에 대해 썼습니다. [25]

이슬람 학문에서 가장 주목할만한 혁신은 광학 및 시력 분야였으며,[26] 이는 Ibn Sahl, Al-Kindi, Ibn al-Haytham, Al-Farisi 및 Avicenna와 같은 많은 과학자들의 연구에서 비롯되었습니다. 가장 주목할만한 작품은 Ibn al-Haytham이 쓴 The Book of Optics (Kitāb al-Manāẓir라고도 함)로, 그는 시력에 대한 고대 그리스 아이디어에 대한 대안을 제시했습니다. [27] 빛에 관한 논문(Treatise on Light)과 키타브 알 마나이르(Kitāb al-Manāẓir)에서 그는 카메라 옵스큐라(카메라 옵스큐라, 핀홀 카메라의 천 년 된 버전) 현상에 대한 연구를 제시하고 눈 자체의 작동 방식에 대해 더 깊이 파고들었습니다. 그는 이전 학자들의 지식을 사용하여 빛이 어떻게 눈에 들어오는지 설명하기 시작했습니다. 그는 광선이 초점이 맞춰져 있다고 주장했지만, 빛이 어떻게 눈 뒤쪽으로 투사되는지에 대한 실제 설명은 1604년까지 기다려야 했다. 그의 빛에 관한 논문은 현대 사진술이 발전하기 수백 년 전에 카메라 옵스큐라를 설명했습니다. [28]

핀홀 카메라의 기본 작동 방식

7권으로 된 광학의 책(Kitab al-Manathir)은 600년 이상 동안 동양과 서양 모두에서 시지각 이론에서 중세 예술의 원근법의 본질에 이르기까지 여러 학문 분야에 걸쳐 사고에 영향을 미쳤습니다[29]. 여기에는 로베르트 그로세테스테와 레오나르도 다빈치에서 요하네스 케플러에 이르기까지 후대의 유럽 학자들과 동료 수학자들이 포함되었습니다.

The Book of Optics의 번역은 유럽에 영향을 미쳤습니다. 이를 통해 후대의 유럽 학자들은 이븐 알 하이탐(Ibn al-Haytham)이 만든 것을 복제한 장치를 만들고 시력이 작동하는 방식을 이해할 수 있었습니다.

갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei, 1564-1642)는 수학, 이론 물리학, 실험 물리학을 연구했다.

고전

본문: Classical physics

아이작 뉴턴(Isaac Newton)은 운동과 만유인력의 법칙을 발견했다

물리학은 근대 초기 유럽인들이 현재 물리 법칙으로 간주되는 것을 발견하기 위해 실험 및 정량적 방법을 사용했을 때 별도의 과학이되었습니다. [30][페이지 필요]

이 시기의 주요 발전으로는 태양계의 지구 중심 모델을 태양 중심 코페르니쿠스 모델로 대체, 행성체의 운동을 지배하는 법칙(1609년에서 1619년 사이에 케플러에 의해 결정됨), 16세기와 17세기에 망원경과 관측 천문학에 대한 갈릴레오의 선구적인 연구, 아이작 뉴턴의 운동 법칙의 발견 및 통일이 있습니다. 만유인력(그의 이름을 지니게 될 것). [31] 뉴턴은 또한 물리적 문제를 해결하기 위한 새로운 수학적 방법을 제공한 지속적인 변화에 대한 수학적 연구인 미적분학[b]을 개발했습니다. [32]

열역학, 화학 및 전자기학 분야의 법칙을 발견한 것은 산업 혁명 기간 동안 에너지 수요가 증가함에 따라 연구 노력의 결과였습니다. [33] 고전 물리학을 구성하는 법칙은 그러한 상황에서 가까운 근사치를 제공하기 때문에 비 상대 론적 속도로 이동하는 일상적인 규모의 물체에 널리 사용되고 있으며, 양자 역학 및 상대성 이론과 같은 이론은 그러한 규모에서 고전적 등가물로 단순화합니다. 매우 작은 물체와 매우 빠른 속도에 대한 고전 역학의 부정확성은 20 세기에 현대 물리학의 발전으로 이어졌습니다.

현대의

본문: Modern physics

더 보기: 특수 상대성 이론의 역사와 양자 역학의 역사

막스 플랑크 (1858-1947), 양자 역학 이론의 창시자

알버트 아인슈타인(Albert Einstein, 1879-1955)은 광전 효과와 상대성 이론을 발견했습니다.

현대 물리학은 20세기 초 막스 플랑크의 양자 이론과 알버트 아인슈타인의 상대성 이론으로 시작되었습니다. 이 두 이론은 모두 특정 상황에서 고전 역학의 부정확성으로 인해 생겨났습니다. 고전 역학은 빛의 속도가 관찰자의 움직임에 따라 달라진다고 예측했는데, 이는 맥스웰의 전자기학 방정식에 의해 예측된 일정한 속도로는 해결할 수 없었습니다. 이 불일치는 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 의해 수정되었는데, 이 이론은 빠르게 움직이는 물체에 대한 고전 역학을 대체하고 일정한 빛의 속도를 허용했습니다. [34] 흑체 복사는 고전 물리학에 또 다른 문제를 제공했는데, 플랑크가 재료 발진기의 여기가 주파수에 비례하는 개별 단계에서만 가능하다고 제안했을 때 수정되었습니다. 이것은 광전 효과와 전자 궤도의 이산 에너지 준위를 예측하는 완전한 이론과 함께 양자 역학 이론이 매우 작은 규모로 고전 물리학을 개선하도록 이끌었습니다. [35]

양자역학은 베르너 하이젠베르크(Werner Heisenberg), 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger), 파울 디랙(Paul Dirac)에 의해 개척되었다. [35] 이 초기 연구와 관련 분야의 작업에서 입자 물리학의 표준 모형이 파생되었습니다. [36] 2012년 CERN에서 힉스 입자와 일치하는 특성을 가진 입자가 발견된 후,[37] 표준 모델에 의해 예측된 모든 기본 입자가 존재하는 것으로 보입니다. 그러나 초대칭성과 같은 이론을 가진 표준 모형을 넘어서는 물리학은 활발한 연구 분야입니다. [38] 일반적으로 수학 영역은 확률 및 그룹 연구와 같이 이 분야에 중요합니다.

핵심 이론

추가 정보: Branches of physics and Outline of physics (물리학 분야 및 물리학 개요)

물리학은 모든 물리학자가 특정 이론을 사용하지만 다양한 시스템을 다룹니다. 이러한 각 이론은 여러 번 실험적으로 테스트되었으며 자연에 대한 적절한 근사치로 밝혀졌습니다. 예를 들어, 고전 역학 이론은 물체가 원자보다 훨씬 크고 빛의 속도보다 훨씬 느린 속도로 움직이는 경우 물체의 운동을 정확하게 설명합니다. 이러한 이론은 오늘날에도 활발한 연구 분야가 되고 있습니다. 고전 역학의 한 측면인 카오스 이론은 뉴턴(Newton, 1642-1727)이 고전 역학을 처음 정립한 지 3세기가 지난 20세기에 발견되었습니다.

이러한 중심 이론은 보다 전문화된 주제에 대한 연구를 위한 중요한 도구이며, 전문 분야에 관계없이 모든 물리학자는 해당 이론에 대한 지식을 갖추어야 합니다. 여기에는 고전 역학, 양자 역학, 열역학 및 통계 역학, 전자기학 및 특수 상대성 이론이 포함됩니다.

고전 이론

본문: Classical physics

고전 물리학에는 20세기가 시작되기 전에 인정받고 잘 발전된 전통적인 분야와 주제(고전 역학, 음향학, 광학, 열역학 및 전자기학)가 포함됩니다. 고전 역학은 운동하는 힘과 물체에 의해 작용하는 물체와 관련이 있으며 정적 (가속도를받지 않는 물체 또는 물체에 가해지는 힘에 대한 연구), 운동학 (원인에 관계없이 운동에 대한 연구) 및 역학 (운동과 그것에 영향을 미치는 힘에 대한 연구)으로 나눌 수 있습니다. 역학은 또한 고체 역학과 유체 역학 (함께 연속체 역학으로 알려짐)으로 나눌 수 있으며, 후자는 유체 정역학, 유체 역학 및 공압학과 같은 분야를 포함합니다. 음향학은 소리가 어떻게 생성, 제어, 전송 및 수신되는지에 대한 연구입니다. [39] 음향학의 중요한 현대 분야에는 초음파, 인간의 청력 범위를 넘어서는 매우 높은 주파수의 음파 연구가 포함됩니다. 생물 음향학, 동물의 울음소리와 청각의 물리학, [40] 및 전기 음향학, 전자 장치를 사용한 가청 음파의 조작. [41]

광학(optics)은 가시광선뿐만 아니라 적외선과 자외선에 관심을 가지고 있으며, 이는 가시성을 제외한 가시광선의 모든 현상, 즉 빛의 반사, 굴절, 간섭, 회절, 분산, 편광 등을 나타냅니다. 열은 에너지의 한 형태로, 물질을 구성하는 입자가 소유하는 내부 에너지입니다. 열역학은 열과 다른 형태의 에너지 사이의 관계를 다룹니다. 전기와 자기는 19 세기 초에 그들 사이의 밀접한 관계가 발견 된 이래로 물리학의 단일 분야로 연구되어 왔습니다. 전류는 자기장을 발생시키고 변화하는 자기장은 전류를 유도합니다. 정전기학은 정지 상태의 전하, 전기역학은 움직이는 전하를 다루고, 자기정역학은 정지 상태의 자극을 다룹니다.

현대 이론

본문: Modern physics

현대 물리학

𝐻^|𝜓𝑛(𝑡)⟩=나는ħ𝑑𝑑𝑡|𝜓𝑛(𝑡)⟩
𝐺𝜇𝜈+Λ𝑔𝜇𝜈=𝜅𝑇𝜇𝜈슈뢰딩거(Schrödinger)와 아인슈타인(Einstein) 필드 방정식

보이다
설립자

보이다
개념

보이다
분기

보이다
과학자

보이다
카테고리

• 브이
• 티
• E

고전 물리학은 일반적으로 정상적인 관찰 규모에서 물질과 에너지에 관심이 있는 반면, 현대 물리학의 대부분은 극한 조건 또는 매우 크거나 매우 작은 규모에서 물질과 에너지의 작용에 관심이 있습니다. 예를 들어, 원자 및 핵 물리학 연구는 화학 원소를 식별할 수 있는 가장 작은 규모로 물질을 연구합니다. 기본 입자의 물리학은 물질의 가장 기본적인 단위와 관련되어 있기 때문에 훨씬 더 작은 규모입니다. 이 물리학 분야는 입자 가속기에서 많은 유형의 입자를 생성하는 데 필요한 매우 높은 에너지 때문에 고에너지 물리학으로도 알려져 있습니다. 이 규모에서는 공간, 시간, 물질, 에너지에 대한 평범하고 상식적인 개념이 더 이상 유효하지 않습니다. [42]

현대 물리학의 두 가지 주요 이론은 고전 물리학이 제시하는 것과는 다른 공간, 시간 및 물질의 개념에 대한 다른 그림을 제시합니다. 고전 역학은 자연을 연속적인 것으로 근사화하는 반면, 양자 이론은 원자 및 아 원자 수준에서 많은 현상의 불연속적인 특성과 그러한 현상을 설명 할 때 입자와 파동의 보완적 측면과 관련이 있습니다. 상대성 이론은 관찰자에 대해 움직이는 기준 틀에서 발생하는 현상의 설명과 관련이 있습니다. 특수 상대성 이론은 중력장이 없을 때의 운동과 일반 상대성 이론과 운동 및 중력과의 연결에 관심이 있습니다. 양자 이론과 상대성 이론은 모두 현대 물리학의 많은 분야에서 응용됩니다. [43]

현대 물리학의 기본 개념

• 행동
• 인과 관계
• 공분산
• 입자
• 물리적 필드
• 신체적 상호 작용
• 양자
• 통계적 앙상블
• 대칭
• 물결

고전 물리학과 현대 물리학의 구별

물리학의 기본 영역

물리학 자체는 보편적 법칙을 발견하는 것을 목표로 하지만, 그 이론은 적용 가능성의 명시적인 영역에 있습니다.

알버트 아인슈타인(Albert Einstein), 베르너 하이젠베르크(Werner Heisenberg), 막스 플랑크(Max Planck), 헨드릭 로렌츠(Hendrik Lorentz), 닐스 보어(Niels Bohr), 마리 퀴리(Marie Curie), 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger), 파울 디랙(Paul Dirac)과 같은 저명한 물리학자들이 참석한 1927년 솔베이 컨퍼런스

느슨하게 말하면, 고전 물리학의 법칙은 중요한 길이 척도가 원자 척도보다 크고 운동이 빛의 속도보다 훨씬 느린 시스템을 정확하게 설명합니다. 이 영역 밖에서는 관측치가 고전 역학에서 제공하는 예측과 일치하지 않습니다. 아인슈타인은 특수 상대성 이론의 틀을 제공했는데, 이는 절대 시간과 공간의 개념을 시공간으로 대체하고 구성 요소가 빛의 속도에 가까운 속도를 가진 시스템을 정확하게 설명 할 수있게했습니다. 플랑크(Planck), 슈뢰딩거(Schrödinger) 등은 입자와 상호 작용에 대한 확률론적 개념인 양자 역학을 도입하여 원자 및 아원자 규모를 정확하게 설명할 수 있었습니다. 나중에 양자장 이론은 양자 역학과 특수 상대성 이론을 통합했습니다. 일반 상대성 이론은 매우 무거운 시스템과 우주의 거대한 구조를 잘 설명할 수 있는 역동적이고 구부러진 시공간을 허용했습니다. 일반 상대성 이론은 아직 다른 기본 설명과 통합되지 않았습니다. 양자 중력에 대한 몇 가지 후보 이론이 개발되고 있습니다.

철학과 다른 분야와의 관계

본문: Philosophy of physics

물리학은 다른 과학과 마찬가지로 과학 철학과 그 "과학적 방법"에 의존하여 물리적 세계에 대한 지식을 발전시킵니다. [44] 과학적 방법은 선험적 추론과 사후 추론을 사용할뿐만 아니라 주어진 이론의 타당성을 측정하기 위해 베이지안 추론을 사용합니다. [45] 물리학을 둘러싼 철학적 쟁점에 대한 연구, 물리학 철학은 공간과 시간의 본질, 결정론, 경험주의, 자연주의, 실재론과 같은 형이상학적 전망과 같은 문제를 포함합니다. [46]

많은 물리학자들이 그들의 연구의 철학적 함의에 대해 글을 썼는데, 예를 들어 인과 결정론을 옹호한 라플라스(Laplace),[47] 양자 역학에 대해 쓴 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger)가 있다. [48][49] 수리물리학자 로저 펜로즈는 스티븐 호킹에 의해 플라톤주의자라고 불렸으며,[50] 펜로즈는 그의 저서 《현실로 가는 길》에서 이 견해에 대해 논의한다. [51] 호킹은 자신을 "부끄러움 없는 환원주의자"라고 불렀고 펜로즈의 견해에 문제를 제기했다. [52]

이 포물선 모양의 용암류는 물리학에서 수학의 응용을 보여줍니다 - 이 경우에는 갈릴레오의 낙하체 법칙.

수학과 존재론은 물리학에서 사용됩니다. 물리학은 화학 및 우주론에서 사용됩니다.

수학은 자연의 질서를 설명하는 데 사용되는 간결하고 정확한 언어를 제공합니다. 이것은 피타고라스,[53] 플라톤,[54] 갈릴레오,[55] 뉴턴에 의해 지적되고 옹호되었다. 힐러리 퍼트넘(Hilary Putnam)과 페넬로페 매디(Penelope Maddy)와 같은 일부 이론가들은 논리적 진리와 수학적 추론이 경험적 세계에 의존한다고 주장한다. 이것은 일반적으로 논리의 법칙이 세계의 구조적 특징에서 발견되는 보편적 인 규칙성을 표현한다는 주장과 결합되며, 이는 이러한 분야 간의 독특한 관계를 설명 할 수 있습니다.

물리학은 수학[56]을 사용하여 실험 결과를 조직하고 공식화합니다. 이러한 결과로부터 정밀하거나 추정된 솔루션 또는 정량적 결과를 얻을 수 있으며, 이를 통해 새로운 예측을 수행하고 실험적으로 확인하거나 무효화할 수 있습니다. 물리학 실험의 결과는 측정 단위와 측정 오류의 추정치가 포함된 수치 데이터입니다. 계산과 같은 수학을 기반으로 하는 기술은 계산 물리학을 활발한 연구 분야로 만들었습니다.

수학과 물리학의 차이는 명확하지만 특히 수리 물리학에서 항상 분명한 것은 아닙니다.

온톨로지는 물리학의 전제 조건이지만 수학은 아닙니다. 즉, 물리학은 궁극적으로 현실 세계에 대한 설명과 관련이 있는 반면, 수학은 실제 세계를 넘어서는 추상적 패턴과 관련이 있습니다. 따라서 물리학 진술은 종합적인 반면 수학적 진술은 분석적입니다. 수학에는 가설이 포함되어 있고 물리학에는 이론이 포함되어 있습니다. 수학 진술은 논리적으로만 참이어야 하는 반면, 물리학 진술의 예측은 관찰 및 실험 데이터와 일치해야 합니다.

그 차이는 명확하지만 항상 분명한 것은 아닙니다. 예를 들어, 수리 물리학은 물리학에 수학을 적용하는 것입니다. 그 방법은 수학적이지만 주제는 물리적입니다. [57] 이 분야의 문제는 "물리적 상황의 수학적 모델"(시스템)과 해당 시스템에 적용될 "물리 법칙에 대한 수학적 설명"으로 시작합니다. 풀기에 사용되는 모든 수학적 진술에는 찾기 어려운 물리적 의미가 있습니다. 최종 수학적 해는 솔버가 찾고 있는 것이기 때문에 의미를 찾기가 더 쉽습니다. [설명 필요]

기초 물리학과 응용 물리학의 차이점

본문: Applied physics

물리학은 기초 과학(기초 과학이라고도 함)의 한 분야입니다. 물리학은 화학, 천문학, 지질학, 생물학을 포함한 자연 과학의 모든 분야가 물리 법칙에 의해 제약을 받기 때문에 "기초 과학"이라고도 합니다. [58] 마찬가지로, 화학은 물리 과학을 연결하는 역할 때문에 종종 중심 과학이라고 불립니다. 예를 들어, 화학은 물질의 특성, 구조 및 반응을 연구합니다(화학은 분자 및 원자 규모에 중점을 두기 때문에 물리학과 구별됩니다). 구조는 입자가 서로에게 전기력을 가하고, 속성에는 주어진 물질의 물리적 특성이 포함되며, 반응은 에너지, 질량 및 전하의 보존과 같은 물리 법칙에 의해 구속되기 때문에 형성됩니다. 기초 물리학은 현상체 자체에 대한 더 깊은 통찰력 외에는 구체적인 실제 적용을 목표로 하지 않고 모든 영역에서 현상을 더 잘 설명하고 이해하려고 합니다.

고전 물리학으로 구현된 음향 디퓨저에서 반사되는 소리의 음향 공학 모델

아르키메데스의 나사, 들어 올리는 간단한 기계

응용 물리학은 특정 용도를 위한 물리학 연구 및 개발을 위한 일반적인 용어입니다. 응용 물리학 커리큘럼에는 일반적으로 지질학 또는 전기 공학과 같은 응용 분야의 몇 가지 수업이 포함되어 있습니다. 응용 물리학자는 특별히 무언가를 설계하는 것이 아니라 새로운 기술을 개발하거나 문제를 해결하기 위해 물리학을 사용하거나 물리학 연구를 수행한다는 점에서 일반적으로 공학과 다릅니다.

이 접근 방식은 응용 수학의 접근 방식과 유사합니다. 응용 물리학자는 과학 연구에서 물리학을 사용합니다. 예를 들어, 가속기 물리학을 연구하는 사람들은 이론 물리학 연구를 위해 더 나은 입자 검출기를 만들려고 할 수 있습니다.

물리학은 엔지니어링에서 많이 사용됩니다. 예를 들어, 역학의 하위 분야 인 정역학은 교량 및 기타 정적 구조물을 건설하는 데 사용됩니다. 음향학의 이해와 사용은 사운드 제어와 더 나은 콘서트 홀을 초래합니다. 마찬가지로, 광학을 사용하면 더 나은 광학 장치가 만들어집니다. 물리학에 대한 이해는 보다 사실적인 비행 시뮬레이터, 비디오 게임 및 영화를 만들 수 있으며 법의학 조사에서 중요한 경우가 많습니다.

레이저를 사용하여 실험

물리학 법칙은 보편적이며 시간이 지나도 변하지 않는다는 표준 합의를 바탕으로 물리학은 일반적으로 불확실성에 빠져 있는 것들을 연구하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 지구의 기원에 대한 연구에서 물리학자는 지구의 질량, 온도 및 회전 속도를 시간의 함수로 합리적으로 모델링하여 시간을 앞뒤로 외삽 할 수 있으므로 미래 또는 이전 사건을 예측할 수 있습니다. 또한 새로운 기술 개발을 가속화하는 엔지니어링 시뮬레이션을 허용합니다.

또한 상당한 학제 간 융합이 있으므로 다른 많은 중요한 분야가 물리학의 영향을 받습니다(예: 경제 물리학 및 사회 물리학 분야).

연구