학과소개 - 물리학과

1. 서론

물리학은 가장 근본적인 원리와 논리적인 사고에 입각하여 자연에 대한 방대하고 원초적인 이해와 이에 대한 합리적인 설명을 도모하는 학문입니다.

물리학은 오늘날 인류가 누리고 있는 첨단 과학기술 문명을 가능하게 만들어준 학문입니다. 스마트폰, 첨단 의학 진단장비, 인공위성 등, 셀 수 없이 많은 과학기술의 성과는 우리가 살고 있는 자연이 어떤 원리에 의해 동작하는지를 인간이 알게 됨으로써 구현될 수 있었고, 이러한 원리에 대해 연구하는 분야가 바로 물리학입니다. 더 나아가 물리학은 우리 우주가 어떻게 창조되었느냐는 인류의 궁극적인 답변과 우리보다 훨씬더 방대한 우주가 돌아가는 법칙에 대한 해답까지도 알아내게 해 주었습니다. 

그렇지만 물리학 시간에는 스마트폰이 어떻게 만들어졌는지, 뉴턴과 라이프니치가 어떻게 논쟁을 펼쳤는지, 인공위성이나 우주선은 어떻게 만드는지, 우주의 기원을 설명하는 대폭발이론은 무엇인지 등에 대해서 배우지 않습니다. 왜냐하면 이것들은 물리학을 이용해서 얻은 결과이기 때문입니다. 물리학이란 다른 발명가들이 이러한 결과를 얻는데 이용된 기본 이치를 탐구하고 창출해내는 학문입니다. 

이처럼 물리학은 단편적인 지식들의 모임으로 구성된 학문이라기보다는 전체적인 줄거리가 잘 짜인 한 분야에 깊게 파고들어 근본적인 지식을 탐구하는 이야기입니다. 또한 이 이야기는 자연현상이 돌아가는 기본 이치를 인간이 깨달아가는 과정을 설명하는 감명 깊은 성공 스토리이기도 합니다. 그뿐 아니라, 물리학은 물리적 개념을 논리적으로 발전시킴에 따라 구성된 것으로, 복잡해 보이는 자연현상이 돌아가는 이치를 간단하고도 아름다운 단지 몇 개의 기본법칙으로 이야기해주며, 무척 많아 보이는 물리학 법칙들도 실은 단지 몇 개 안 되는 기본법칙의 다른 표현 방법에 불과하다는 것을 알려주기도 합니다. 

따라서 물리학을 한 줄로 요약하자면,

"만물의 이치를 탐구해 자연에 공통적으로 적용되는 보편 법칙을 찾고 논리적으로 설명하는 학문"

으로 요약할 수 있습니다.

2. 물리학과에서 배우는 내용

(그림 1. 연세대학교 물리학과 교과과정)

(그림 2. 포항공과대학교 물리학과 교과과정)

물리학은 연구대상에 따라 크게 입자물리학과 응집물리학으로 나눌수 있습니다.

또 이를 세분화해서 입자물리학, 핵물리학, 초끈이론물리학, 중력물리학, 고체물리학, 표면물리학, 광학, 생체물리학 등의 영역으로 분류할 수 있습니다

물리학과에 들어와 처음 듣게 되는 전공인 일반물리학에서는 뉴턴역학과 전자기학의 기초를 배우고, 물리에서 중요하게 다루어지는 역학, 전자기학, 열역학과 나아가 현대물리의 두 기둥이라고 불리는 양자역학과 상대성이론에 대한 기초적인 부분을 배우기 시작합니다.

다른 자연대와 마찬가지로 물리학과도 학부내용과 대학원 내용이 크게 연계되어 있습니다. 

일례로 포항공대는 학부때 배웠던 양자물리학입문과 양자역학1,2를 대학원에 들어가 대학원생용 양자역학 1,2,3을 공부하는 등, 

내용들이 정말 방대하다보니 대학원에 가서도 같은 과목들을 계속 더 심화해서 배우게 됩니다.

이 때문에 학부과정때는 겉보기로 양자역학, 전자기학, 핵물리학, 입자물리학 등을 배우게 되고 대학원에 진학하고 나서야 세부전공인 해석약학, 광학, 지성체물리학, 플라즈마물리, 고체물리학 등 여러가지 세부전공들 중 하나를 선택해서 집중적으로 공부하게 됩니다.

물리학의 세부전공들을 소개해 드리자면,

입자물리학 및 초끈물리학은 소립자에 대한 이론적 토대를 제공하고 예견된 소립자의 발견을 추구하는 연구 분야로서 우주의 생성과 궁극적 실재 및 블랙홀 등을 밝히는 데 큰 기여를 하고 있습니다.

핵물리학은 핵을 구성하는 입자들과 이들 간에 상호작용에 대한 근본적인 이해를 연구하는 학문으로 현재 원자력 산업, 원자핵 핵폐기물 처리 기술 등에 적극적으로 응용되고 있습니다.

고체물리학은 고체의 역학적, 열적, 전기적, 자기적 성질을 연구하고 새로운 물질을 개발.응용하기 위한 분야로서, 반도체 초전도체, 태양전지의 개발 등 현대 첨단산업의 주된 원동력이 되고 있습니다.

표면물리학은 표면 및 계면의 특성, 표면원자 자유조작을 통한 신기능성 표면 창출 등을 연구하는 학문으로서 차세대 신기능성 나노구조 및 나노소자 개발에 필요한 자료를 제공하는 데 큰 역할을 하고 있습니다.

광학은 빛과 물질의 상호작용을 통해서 물질의 특성 및 물리적인 현상들을 이해하고자 하는 분야로서, 극초단레이저 개발 및 광섬유, 액정 등을 연구하고 있습니다.

생물물리학은 생물 및 생체조직에서 나타나는 여러가지 현상들을 물리적으로 규명하고 이를 응용하는 분야이며, X선 진단과 치료, 자기공명 영상, 레이저 수술, 암치료등 응용되고 있습니다.

이외에도 수리물리, 자성체물리, 핵자기공명 물리 등 다양한 연구영역이 존재합니다.

3. 학부졸업 후 진로

(그림 3,4: 포항공과대학교 졸업 후 취업 현황)

학부 졸업후 진로는 크게 대학원 진학과 사회 진출로 나뉘게 됩니다.

1. 대학원 진학

국내외 대학원으로 진학하여 연구를 수행한 다음 석박사 학위를 취득해 국가 및 기업 연구소 등 다양한 직종에서 활동할 수 있습니다.

다만 물리학과가 대학원 진학률이 높은 것은 학부 졸업후 취업이 어려워서인것은 절대 아닙니다. 물리는 우리나라 핵심산업인 전자, 반도체 등 모든 방면에 쓰여 수요가 많아 많은 알짜배기 직업에 취업할 수 있음. 하지만 많은 분들이 물리에 대한 애정이 있고 물리를 더 공부하고 싶기 때문에 대학원에 진학하게 됩니다.

2. 사회 진출

주요 취업분야로는 반도체, 전자, 통신, 컴퓨터, 정보처리, 광전자, 기계, 전기, 에너지, 우주항공, 의공학, 금융물리…으로

공대 학문은 물리학과의 응용학문이기 떄문에 공대가 갈수 있는 곳은 왠만하면 다 갈 수 있습니다.

(http://magnon1.postech.ac.kr/about/course)

포항공대 물리학과 취업|진로 현황을 확인해 보세요

4. 결론

오늘날 우리가 공부하는 물리학은, 지금으로부터 겨우 3세기보다 조금 더 전인, 1687년에 뉴턴이 그의 저서 프린키피아를 통하여 운동법칙과 만유인력 법칙을 발표하면서 시작되었습니다. 

뉴턴의 운동법칙은 자연에서 관찰되는 어떤 물체의 운동이든지 모두 다 성공적으로 적용되었습니다. 그리하여 사람들은 자연에 대한 올바르고 궁극적인 진리를 찾아내었다고 믿게 되었고 19세기 말에는 물리학이 완성되었다고 확신하는 학자들도 많았습니다. 

그러나 20세기로 들어서기 직전부터 당시 알고 있던 물리학으로는 도저히 설명되지 않는 현상들이 우연히 관찰되기 시작하였습니다. 그렇지만 마침내 20세기 중반에 이르러 물리학자들은 왜 퍼즐이 정확히 맞지 않았는지 그 이유를 찾아내었습니다. 그리고 그렇게 해서 다시 맞춘 퍼즐은 아주 잘 들어맞았는데, 그것은 바로 새로 알게 된 물리학이 틀리지 않다는 증거가 되었습니다. 

그렇게 밝혀진 물리학이 원자와 분자 세계의 운동법칙에 대한 양자역학과, 그동안 잘못 이해하고 있었던 공간과 시간을 제대로 알게 해준 상대성이론인데, 이 둘을 현대물리학이라고 부르고, 그 이전 19세기 말까지 완성되었던 물리학을 고전물리학이라 부릅니다.

이처럼 물리학은 끊임없이 변화하지만 마침내 근본적인 지식에 한 걸음 더 나아가는 것을 추구하는 학문입니다. 

학과내용이 아주 어렵고 취향을 매우 많이 타는 학과이긴 하지만, 우리 사회 발전에 있어서 필수적으로 필요한 학문일 뿐더러 물리에 흥미가 있는 분들은 정말 잘 할 수 있는 학문이기도 합니다. 

물리학에 관련된 책을 몇개 소개하고 이만 칼럼을 마치도록 하겠습니다.

A. 엘러건트 유니버스 - 브라이언 그린 지음

"초끈이론과 숨겨진 차원, 그리고 궁극의 이론을 향한 탐구 여행"

『엘러건트 유니버스』는 끈이론이라는 이론 물리학의 한 분야를 일반인들이 이해할 수 있도록 소개한 책이다. 이 책에는 끈이론의 기본 개념과 야심에 찬 포부를 탁월한 설명력과 다양한 사례들을 통해 분명하게 전달한다.

저자는 끈이론을 성급하게 유도하지 않는다. 끈이론의 필수 불가결한 성질을 강조하기 위해, 우선 상대성이론과 양자역학의 핵심을 일목요연하게 정리한 후에, 이들이 서로 충돌을 일으키는 지점으로 독자들을 안내하고, 그곳에 가서야 비로소 비장의 무기인 끈이론을 제시하고 있다.

저자는 독자들을 끈이론의 세계로 이끌면서 수시로 질문을 던지고 있다. 감춰진 차원의 수는 왜 하필 7개인가? 더 많거나 적으면 왜 안 되는가? 이들은 왜 눈에 보이는 차원처럼 평평하지 않고 좁은 영역 속에 감겨진 채로 존재하는가? 끈이론에 등장하는 끈은 무엇으로 이루어져 있는가? 끈이론은 이 모든 질문들에 답을 줄 수 있어야 한다. 물론, 아직은 만족할 만한 답을 얻어내지 못했다. 그러나 저자는 이 해답을 향하여 커다란 족적을 남긴 끈이론 학자로서, 조심스럽고도 분명하게 그 가능성을 제시하고 있다.

B - 대칭과 아름다운 우주 -  리언 레더먼 저

"아인슈타인의 상대성 이론을 탄생시킨 핵심 개념중 하나인 대칭과 우주에 대한 고찰"

아인슈타인의 상대성 이론은 대중에게 비교적 잘 알려진 편이지만, 정작 그 이론을 탄생시킨 핵심 개념인 대칭성의 원리와, 수학 분야 '군론group theory'은 그만큼 논의되지 못했습니다. 대칭은 조금만 관심을 가지면 친숙해질 수 있는 직관적이고도 아름다운 개념이지만 국내의 일반적인 중ㆍ고등학교 교육 과정에서는 학생 스스로 깨닫기 쉽지가 않습니다. 이는 고등학교 과정을 졸업한 학생들의 세계관은 19세기 이전의 갈릴레오-뉴턴 식에서 끝나버리기 때문입니다다. 이러한 상황 때문에 물리학과 대학생들까지도 대칭의 개념을 이해하는데 어려움을 겪고 있습니다.
 
『대칭과 아름다운 우주』에서는 현대 수학과 물리학에서 핵심 개념으로 대두되었지만, 아직 학생들에게는 낯선 '대칭symmetry' 을 집중적으로 다루고 있습니다. 이 책을 읽는 동안에는 20세기 인류의 가장 위대한 지적 성취인 상대성 이론과 양자역학을 연결하는 표준모형을 창조하고, 21세기 양자 기술 산업 시대에 핵심적인 역할을 하고 있는 대칭을 경험ㆍ감상할 수 있는 좋은 기회가 될 것이라고 믿습니다.

긴 글 끝까지 읽어주셔서 감사합니다!

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포공공과대학교 물리학과 홈페이지

(http://magnon1.postech.ac.kr/index.php)

서울대학교 물리천문학부 홈페이지

(https://physics.snu.ac.kr/) 

연세대학교 물리학과 홈페이지

(https://web.yonsei.ac.kr/phya/sitemap.htm) 

카이스트 물리학과 홈페이지

(https://physics.kaist.ac.kr/) 

-참고문헌-

현대인을 위한 물리의 이해,kmoocs ,http://wwwdev.kmoocs.kr/courses/course-v1:INHAuniversityK+KOCW.inha001+2016_001/about