물리학 소개
물리학에 관심이 없었다면 아마 그 이유는 물리학을 하자면 나타나는 지리한 수학 공식 때문이었을 것입니다. 이런 사람이라면 우리학교 물리학과 박병소 교수님의 ‘노벨상이야기’라는 책을 보면 물리가 수식으로만 이루어진 것이 아니라는 것을 알게 될 것입니다. 그 책을 잠깐 인용하면, “바이러스는 핵산 분자가 단백질로 된 보호막을 뒤집어 쓴 모양으로 되어 있는 가장 단순한 생명체이다. 이러한 바이러스와 핵산, 그리고 유전자의 고리는 생명에 있어 매우 중요한 것이라는 사실이 밝혀졌다.
물리의 한분야인 양자 역학의 창시자 중의 한 명이며 1933년 노벨 물리학상을 수상한 ‘슈뢰딩거’는 당시 이 분야에 하나의 큰 문제를 제기했다. 히틀러가 싫어서 베를린 대학 교수직까지 그만 둔 슈뢰딩거는 2차대전 중인 1944년 ‘생명이란 무엇인가?’라는 조그마한 책자를 냈다. 이 책에서 유전자야말로 생물 세포의 핵심적인 성분이며, 생명 현상의 이해는 이 유전자의 이해에서 시작된다고 주장했다. 이 이론에 대한 물리학자의 주장은 많은 생물학자와 화학자들은 물론 물리학자 자신들에게까지 큰 영향을 끼쳤다. 이러한 슈뢰딩거의 영향을 받은 미국의 폴링교수는 단백질의 결정을 밝힌 공로로 노벨 화학상을 받았으며 뒤에 노벨 평화상까지 수상했다. 또한 같은 책 ‘생명이란 무엇인가?’에서 영향을 받은 왓슨과 크릭은 캠브리지 대학 물리학 연구소에서 DNA 이중 나선 구조를 밝힘으로써 노벨 생리학상을 수상하였을 뿐 아니라 그후 DNA연구에서 노벨상을 30개 이상 나오게 한 초석을 놓았다.
물리학자들의 학문에 대한 공로는 자연과학 분야에서 끝나지 않는다. 얀 틴베르겐은 네덜란드의 라이덴 대학에서 물리를 공부한 물리학도로 나중에 그의 물리학 지식을 경제 모형개발에 응용함으로써 1969년 제 1회 노벨 경제학상을 받았다. 또한 20세기 최고의 경제학자 중의 하나로 알려진 사무엘슨도 학부에서 물리학을 공부한 것으로 널리 알려져 있다. 1997년 머튼과 쇼울스 역시 이론 물리학 박사들로 브라운 운동이론을 주가 예측에 응용한 공로로 노벨 경제학상을 수상하였다.”
왜 물리학 공부를 한 사람이 다른 분야에서도 이렇게 엄청난 업적을 남기게 되었을까요? 물리학이란, 이 세상에서 일어나고 있는 자연현상들을 체계적이고 논리적으로 설명하고자 하는 학문이기 때문입니다. 사람은 누구나 호기심을 가지고 있고, 따라서 자신을 둘러싸고 있는 환경에 대해서 의문을 갖는 거죠. 이러한 호기심을 논리적으로 풀어주는 물리공부를 하고 나면 자연 전반을 꿰뚫을 수 있는 지혜를 갖게 되고 그를 응용하면 다른 어떤 학문도 쉽게 할 수 있는 것이지요. 그런데, 체계적인 설명을 위해서는 누구나 납득할 수 있는 공통의 언어가 필요할 것입니다. 그렇기 때문에 모든 사람이 받아들일 수 있는 해답을 얻기 위해 우리는 인간이 만든 가장 논리적인 언어인 수학을 이용하는 것입니다. 그래서 물리 책에 수식이 잔뜩 들어가게 된 것이지요. 하지만 결코 수식이 물리의 전부는 아니랍니다. 수식들은 단지 부수적인 것일 뿐이지요. 수능시험 준비 때문에 여러분들은 아마도 공식을 달달 외워서 거기에 숫자를 대입하는 식으로밖에 물리학을 접해 보지 못하셨을 거예요. 그러나 여러분들이 앞으로 대학에서 배울 물리학은 훨씬 더 재미있고 흥미진진 하답니다. 기대하셔도 좋습니다.
영화도 만드는 물리학도
스타트렉이란 영화를 보신 적이 있습니까? 사람이 여기에 있다 갑자기 없어지면서 다른 쪽에 스르륵 나타납니다. 홍길동은 또 어떻습니까! 적을 만나 둔갑술을 쓰고 분신술을 씁니다. 이러한 것들이 과연 가능할까요? 물리를 알면 근본을 알게 되고 이러한 것이 근본적으로 가능한지를 공부할 수 있습니다. ‘007 골든 아이’를 보셨습니까? 도입 부분에서 007이 006과 함께 소련의 화학 공장에서 공작 활동을 하다가 006은 우르모프에게 체포되고 007은 탈출합니다. 영화를 감상하지 않은 학생들을 위해 탈출 장면을 조금 더 소개해 봅시다. 007은 막 이륙하려는 비행기에 올라 타 비행사와 결투하다가 둘이 함께 비행기에서 떨어집니다. 007은 오토바이를 잡아타고 혼자 달려가는 비행기를 뒤쫓아갑니다. 우르모프는 이것을 보면서 씩 웃고 있지요. 왜냐하면 활주로 끝이 절벽이기 때문입니다. 비행기는 결국 007이 타기도 전에 절벽으로 떨어지고 007도 뒤질세라 절벽으로 뛰어 내립니다. 비행기는 저만치 앞에서 떨어지고 있고 007이 이 상황에서 어떻게 살아날까 잔뜩 기대되는 순간, 우리의 불사조 007은 갑자기 비행기보다 빨리 떨어지기 시작하더니 추락하는 비행기에 올라타고 조종간을 틀어 올려서 무사히 영국으로 돌아갑니다.
감상 잘 하셨습니까? 물리에 대한 기본 상식이 있는 사람이라면, 자유낙하가 어느 물체에나 같다는 이론을 들어 이는 실제로 있을 수 없는 일이라고 콧방귀를 뀔 것입니다. 하지만 물리를 조금 더 배우면 낙하하는 물체에 낙하를 방해하는 ‘끌림항력’이라는 것이 작용하고 면적이 상대적으로 넓은 비행기는 끌림항력이 커서 007이 충분히 비행기를 잡아 챌 수 있다는 것을 알게 될 것입니다.
아인슈타인은 20세기 최고의 과학자입니다. 그래서 우리나라에는 아인슈타인 우유까지 있습니다. 하지만 물리에서는 이와 같은 아인슈타인도 실수하는 것을 배울 수 있습니다. 고등학교에서 배운 보어의 ‘원자가설’에 의하면 ‘원자의 내부에너지’는 ‘양자화’ 되어 있다고 알고 있습니다. 하지만 원자의 내부에너지는 보어가 말한 대로 그렇게 선명하게 양자화되어 있을까요? 물리학 과목에서는 불확정성의 원리를 들어 내부에너지에 대한 새로운 시각을 제공합니다. 자연현상에는 어떠한 힘들이 존재할까요? 자연에 존재하는 힘들은 궁극적으로 어디에서 나올까요? 자연의 물체들은 무엇으로 이루어져 있을까요? 물리학에서는 자연의 근원을 공부할 수 있습니다.
물리학을 선택했을 때의 좋은 점
학부제에서 자연과학부를 택한 것은 현명한 선택이라고 볼 수 있습니다. 학부제는 여러 학문을 동시에 전공할 수 있는 제도이므로 다방면에 관심이 있는 학생이 약간 유리하겠지만 그렇지 않은 학생이라고 해도 기초 학문 분야를 선택했다면 응용 분야까지도 두루 둘러볼 수 있는 가능성을 가진 것이기 때문입니다. 기초 학문 분야 중에서도 수학과 물리는 가장 기초가 되는 학문입니다. 이 중 물리는 학문의 특성상 화학과 생명공학 등 다른 기초학문에도 응용이 될뿐더러 전자공학이나 기계공학 같은 공학 분야에도 다양하게 응용되고 있습니다. 한 예로 미국이나 유럽 대학원의 경우 공학을 전공한 사람이 다른 공과 대학원을 가거나 물리학과 대학원을 가기는 어렵지만 물리학을 전공한 사람은 이과, 공과계 어느 학과 대학원이든지 갈 수 있는 것으로 보아 물리학이 기초학문이고 기초학문을 공부한 사람은 처음부터 응용 학문을 배운 사람에 비해 자신의 학문 영역을 넓히기가 쉬움을 알 수 있습니다.
또 실제로 서구의 기업체에서는 공학도나 기술자를 채용해 바로 생산에 투입하기보다는 물리학도를 원하는 경우가 많이 있습니다. 그 이유는 근래에 와서 아무리 첨단 기술일지라도 그 생명이 아주 짧아 몇 년을 넘기지 못하고 낙후된 기술로 전락하게 되고 새로운 개념과 더욱 더 세련된 기술들이 쏟아져 나오기 때문에, 기술자만 가지고는 그렇게 빠르게 변화하는 과학 기술을 따라갈 수가 없기 때문이죠. 결국 요즘 기업체에서는 자연현상에 대한 깊이 있는 이해와 창의적이고도 종합적인 사고를 할 수 있는 사람을 더 찾고 있는데, 기초 학문을 튼튼히 연마해 둔 물리학도들에게 좋은 기회가 많아 질 수밖에 없는 이유가 바로 여기에 있다는 거죠. 이러한 학문상의 이점 외에도 물리학은 여러분이 대학 생활에 적응하는 데도 도움을 줄 수 있습니다. 대학교에 갓 입학했을 때는 모든 것이 낯설기 때문에 적응하는 데 시간이 걸립니다. 정도의 차이가 있기는 하지만 이것은 누구나 겪는 문제입니다. 그런데 물리학 실험을 해보면 알겠지만 실험이라는 과목은 준비부터 결과 정리까지 팀을 이루어 하기 때문에 좀 낯선 사람들과도 교제하지 않으면 안되게 합니다. 그렇게 한 학기를 지내보면 어느 정도 사람들과도 친해지고 낯설음도 빨리 없어집니다. 물론 실험을 하는 학문에는 물리학만 있는 것이 아닙니다. 그렇지만 장담할 수는 없어도 타학문에 비해 물리를 하려는 사람들은 개성이 강하면서도 소박 소탈하기 때문에 실험을 하면서 더욱 쉽게 친해질 수 있지요.
그리고 사람으로 태어나 자연의 근본을 깨우쳐 가는 즐거움을 느낄 수 있는 게 얼마나 행복한 일이겠습니까?
물리학에는 어떤 분야들이 있는가? (연구 영역)
“응? 물리면 물리지, 무슨 분야?” 라고 생각하시는 분 있습니까? 물리학은 여러 가지 분야로 나뉘어져 있습니다. 여러분이 고등학교 때 배운 물리 교과서도 크게 역학, 전자기학, 열역학, 현대 물리 등으로 나뉘어져 있지요? 대학교에 입학하면 그런 과목들을 각각 좀 더 자세히 공부하게 됩니다. 그리고 대학원에 가면 그 중 관심 있는 분야를 결정하여 연구할 수 있습니다. 물리학의 분야는 여럿 있지만, 우리 학교에서는 그 중 고에너지물리, 광학, 고체물리 및 비선형동력학을 집중적으로 연구하고 있습니다.
고에너지물리
아마 현대물리에서 약간 맛을 보셨을 것입니다. 우주의 근본을 이루는 입자는 무엇일까? 이 입자들은 어떤 힘에 의해 상호작용할까에 대한 연구를 합니다. 아인슈타인의 일반상대성 이론 이후 발전된 우주에 대한 연구도 여기에서 합니다. 우주의 기원은 어떻게 이루어졌는가. 블랙홀의 일생은 어떤 과정을 거치는가 등등을 연구하지요. 아주 작은 미시세계로부터 가장 큰 단위인 우주까지 연구를 하니, 과연 ‘극과 극은 통한다’는 말이 실감이 납니다.
광학
빛의 본질에 관해서 연구를 합니다. 레이저라는 아주 세련되고 강한 빛과 원자 또는 결정들과의 상호작용을 이용하여 양자역학이나 물질의 성질을 연구하죠. 또한 레이저를 이용하여 파장을 가변할 수 있는 광원, 광기억소자, 광통신이라든지, 여러 가지 감지기들을 연구하고, 초강력 레이저와 물질의 비선형적 상호작용도 연구합니다.
고체물리
문자 그대로 고체의 성질을 연구합니다. 고체의 결정 구조들에 의하여 여러 가지 독특한 성질들이 나타나는데, 어떤 온도에서 저항이 거의 0이 되는 초전도체가 그 좋은 예일 것입니다. 초전도체 위에 자석이 둥둥 뜨는 현상을 이용하여 자기부상열차 같은 것도 만들 수 있지요. 또한, 첨단 정보통신 기술의 기초가 되는 각종 반도체의 기본적인 성질을 연구하는 것도 고체물리의 영역입니다.
비선형 동력학
기존의 물리학에서는 현재의 상태를 자세히 관측하고 그것을 초기 조건으로 삼아 미래의 상태를 예측하나, 기상물리학자 로렌츠가 1961년 관측의 오차에 따른 초기값의 민감성(비선형성에 기인)을 발견한 이후 비선형동력학 및 카오스라는 새로운 연구분야가 형성되었을 뿐만 아니라 과학계 전반에 신선한 충격을 주면서 종래의 접근 방법을 재검토하는 계기가 되었지요. 특히 서강대학에서는 21세기의 핵심 분야의 하나인 카오스를 이용한 여러 응용분야를 연구하고 있습니다.
이상으로 우리 학교 물리학 전공에서 활발히 연구되고 있는 분야들을 살펴보았습니다. 좀 더 깊이 들어가면 훨씬 복잡하고 어려운데, 그 내용을 벌써부터 모두 알아야 할 필요는 없을 것입니다.
그러면, 물리학을 계속 공부해 나가고 싶은 학생들을 위해 좀 더 실질적인 문제를 얘기해 보도록 합시다.
물리학을 공부하는데 꼭 필요한 과목 (수강과목)
일단 필수과목은 다 들어야죠. 그리고 이론을 공부할 학생이든, 실험을 공부할 학생이든 실험 과목은 모두 듣는 것이 좋습니다. 그럼 여기서 필수 과목으로 지정되지는 않았지만 물리학을 공부하는데 피가 되고 살이 되는 과목들을 몇 개 소개하겠습니다.
물리학전공 내의 개설과목
『수리물리학』 앞에서도 물리학에 있어서의 수학의 중요성을 잠깐 살펴보았는데요. 이 과목에서는 물리학에 많이 쓰이는 수학을 공부합니다. 예를 들어, 여러분이 자유낙하 운동을 다룬다고 합시다. 그러면 벌써 거리와 속도에 관한 방정식들이 미분 항을 포함한 미분방정식의 형태로 나타나지요? 따라서, 자유 낙하 상황을 이해하고 싶으면 그 미분 방정식을 풀 수 있어야 하는 것입니다. 그 뿐만 아니라 물리학을 공부하다 보면 톡톡 튀어나오는 문제들 - 푸리에 변환, 고유값 문제, 델타함수, 텐서 등등 - 이런 것들을 상세하게 다룹니다. 어떤 분들은 응용수학을 듣기도 하는데, 수리 물리학만 잘하면 굳이 따로 응용수학을 들을 필요는 없습니다. 『현대광학』 현대광학에서는 광학의 일반적인 내용들을 골고루 다룹니다. 아주 옛날의 광학에 관련된 문제들부터 최신 주제까지 공부할 수 있습니다. 특히 광학은 양자 물리나 고체 물리에서도 아주 유용하게 이용되므로 수강하는게 여러 모로 도움이 될 것입니다. 『물리학특강』 이 과목은 4학년이 되면 들을 수 있습니다. 사실 ‘듣는다’라는 말이 잘 안 어울리는데, 이 과목은 전적으로 학생들이 스스로 진행해 나가는 과목입니다. 물리에 관련된, 자신이 관심을 갖고 있는 주제를 하나 택해서 공부하고, 그 내용을 남들 앞에서 발표하는 것입니다. 그러면 다른 학생들이 하는 질문에 답하면서 자연스럽게 토론을 하게 되지요. 물리학은 의견 교환을 통해 발전되어 온 학문이라는 것을 직접 경험할 수 있으며, 여러사람 앞에서 자신의 연구 결과를 발표해 보는 좋은 훈련이 됩니다.
물리학전공 외 다른 전공분야에 개설된 과목
『선형대수학』 수학전공 과목입니다. 이 과목은 초급 양자역학의 수학적 이해에 큰 도움을 줍니다. 따라서 이 과목을 공부하면 양자역학을 공부하기가 수월해지죠. 그렇게 어렵지도 않답니다. 『미분방정식』 역시 수학전공 과목. 앞에서도 말했지만 물리학을 공부하다 보면 미분방정식이 많이 나옵니다. 물론 수리 물리학에서도 다루긴 하지만 미분방정식에 대해 집중적으로 깊이 있는 이해를 할 수 있어서 특히 이론 공부를 하고 싶은 학생들에게 권하고 싶습니다.
그 외에도 전자공학전공의 『회로망이론』, 컴퓨터학전공의 『C언어』 등은 물리학 실험과 이론 공부에 많은 쓸모가 있습니다. 또 잊지 말아야 할 것은 과학의 전세계 공통 언어는 『영어』입니다. 학과 공부외에도 영어의 듣기, 읽기, 쓰기를 열심히 공부해 둘 필요가 있습니다.
물리학을 전공하면 사회에서 무슨 일을 할 수 있는가?
아마 여러분들은 이 부분에 대단히 많은 관심을 가지고 있으실 겁니다. 과연 물리학을 전공하고 나서 제대로 밥벌이는 할 수 있는 것인가? 결론부터 말씀드리자면 “당연히!!"입니다. 앞에서도 이미 조금 언급했지만 물리학을 전공하면 참으로 많은 일을 할 수 있답니다. 물리학의 가장 큰 특성은 기초학문이라는 것입니다. 즉, 여러 가지 학문의 기초가 되는 것이죠. 게다가 물리학의 성격상 어떤 문제에 접하게 되면 ‘왜 그런 일이 일어났을까?’에 대한 해답을 깊이 있게 생각해야 하기 때문에, 문제를 합리적이고 논리적으로 해결하는 태도가 몸에 배게 됩니다. 이렇게 물리학을 전공한 ‘합리적이고 논리적으로 사고하는 사람’은 사회에 나가 어떤 상황에 놓이게 되더라도 차근차근 일을 처리할 수 있는 능력을 갖게 되는 것입니다.
그러면, 물리학을 전공하면 구체적으로 무슨 일을 할 수 있을까요? 재미있게 공부를 하다보면 대학교수가 될 수도 있습니다. 우리 학교를 나오신 선배님들은 우리 학교 물리학과에도 네 분 계시고, 프린스턴 대학, 동경 공대 등의 외국 대학 그리고 포항 공대, 과학원 등의 국내 유수 대학에서 연구 및 후학 양성을 하고 계십니다. 또한 AT&T, SLAC 등 외국 유수 연구소 및 과학기술원 등 국내 연구소에도 많은 선배님들이 훌륭한 연구를 수행하고 계십니다. 서강대학교의 공부하는 분위기 때문인지 무사히 졸업을 마치신 선배님들의 30~40%가 박사학위 소지자이거나 박사학위 과정에 계십니다.
그럼 물리학 전공을 하고 나서 다른 일을 할 수는 없는 것인가? 그렇지 않습니다. 가장 일반적인 경우는 기업체에 들어가는 것입니다. 많은 선배님들이 견실한 기업체에 입사하여 활발한 활동을 벌이고 계십니다. 그리고 변리사가 되신 선배님들도 있고, 전자공학, 경제학, 종교학 등의 공부를 하셔서 교수가 되시거나 그 분야의 전문가가 되신 분들도 있습니다. 외국의 경우에는 물리학을 전공하고 영화감독, 작곡가, 연주자가 되는 경우도 어렵지 않게 볼 수 있습니다. 여러분 모두를 물리학의 세계로 초대합니다!!
서강대학교 물리학과 소개에서 인용
http://www.sogang.ac.kr/under/classinfo/physics.php
이 선교사 두 아들(기은, 기성) 모두 러시아에서 물리학을 전공하고 있습니다.
기은이는 입자 물리 전공 중인데 5학년입니다. 2009년 8월 모스크바에 소재한 대학원 진학을 목표로 하고 있습니다. 아직 진학할 학교 선정과 세부 전공 결정하지 못하고 있는데 구체적인 진로 결정과 필요한 학비가 조달될 수 있도록 위해 기도바랍니다.
막내 기성이는 한국 나이 18살임에도 3학년이 되었습니다. 3학년에 전공 선택을 해야 하는데 고체 물리를 택했습니다. 잘 적응할 수 있도록 기도바랍니다.
두 자녀 모두 하나님의 나라 건설과 사회에 이바지 할 수 있었으면 합니다.
물리학에 관심이 없었다면 아마 그 이유는 물리학을 하자면 나타나는 지리한 수학 공식 때문이었을 것입니다. 이런 사람이라면 우리학교 물리학과 박병소 교수님의 ‘노벨상이야기’라는 책을 보면 물리가 수식으로만 이루어진 것이 아니라는 것을 알게 될 것입니다. 그 책을 잠깐 인용하면, “바이러스는 핵산 분자가 단백질로 된 보호막을 뒤집어 쓴 모양으로 되어 있는 가장 단순한 생명체이다. 이러한 바이러스와 핵산, 그리고 유전자의 고리는 생명에 있어 매우 중요한 것이라는 사실이 밝혀졌다.
물리의 한분야인 양자 역학의 창시자 중의 한 명이며 1933년 노벨 물리학상을 수상한 ‘슈뢰딩거’는 당시 이 분야에 하나의 큰 문제를 제기했다. 히틀러가 싫어서 베를린 대학 교수직까지 그만 둔 슈뢰딩거는 2차대전 중인 1944년 ‘생명이란 무엇인가?’라는 조그마한 책자를 냈다. 이 책에서 유전자야말로 생물 세포의 핵심적인 성분이며, 생명 현상의 이해는 이 유전자의 이해에서 시작된다고 주장했다. 이 이론에 대한 물리학자의 주장은 많은 생물학자와 화학자들은 물론 물리학자 자신들에게까지 큰 영향을 끼쳤다. 이러한 슈뢰딩거의 영향을 받은 미국의 폴링교수는 단백질의 결정을 밝힌 공로로 노벨 화학상을 받았으며 뒤에 노벨 평화상까지 수상했다. 또한 같은 책 ‘생명이란 무엇인가?’에서 영향을 받은 왓슨과 크릭은 캠브리지 대학 물리학 연구소에서 DNA 이중 나선 구조를 밝힘으로써 노벨 생리학상을 수상하였을 뿐 아니라 그후 DNA연구에서 노벨상을 30개 이상 나오게 한 초석을 놓았다.
물리학자들의 학문에 대한 공로는 자연과학 분야에서 끝나지 않는다. 얀 틴베르겐은 네덜란드의 라이덴 대학에서 물리를 공부한 물리학도로 나중에 그의 물리학 지식을 경제 모형개발에 응용함으로써 1969년 제 1회 노벨 경제학상을 받았다. 또한 20세기 최고의 경제학자 중의 하나로 알려진 사무엘슨도 학부에서 물리학을 공부한 것으로 널리 알려져 있다. 1997년 머튼과 쇼울스 역시 이론 물리학 박사들로 브라운 운동이론을 주가 예측에 응용한 공로로 노벨 경제학상을 수상하였다.”
왜 물리학 공부를 한 사람이 다른 분야에서도 이렇게 엄청난 업적을 남기게 되었을까요? 물리학이란, 이 세상에서 일어나고 있는 자연현상들을 체계적이고 논리적으로 설명하고자 하는 학문이기 때문입니다. 사람은 누구나 호기심을 가지고 있고, 따라서 자신을 둘러싸고 있는 환경에 대해서 의문을 갖는 거죠. 이러한 호기심을 논리적으로 풀어주는 물리공부를 하고 나면 자연 전반을 꿰뚫을 수 있는 지혜를 갖게 되고 그를 응용하면 다른 어떤 학문도 쉽게 할 수 있는 것이지요. 그런데, 체계적인 설명을 위해서는 누구나 납득할 수 있는 공통의 언어가 필요할 것입니다. 그렇기 때문에 모든 사람이 받아들일 수 있는 해답을 얻기 위해 우리는 인간이 만든 가장 논리적인 언어인 수학을 이용하는 것입니다. 그래서 물리 책에 수식이 잔뜩 들어가게 된 것이지요. 하지만 결코 수식이 물리의 전부는 아니랍니다. 수식들은 단지 부수적인 것일 뿐이지요. 수능시험 준비 때문에 여러분들은 아마도 공식을 달달 외워서 거기에 숫자를 대입하는 식으로밖에 물리학을 접해 보지 못하셨을 거예요. 그러나 여러분들이 앞으로 대학에서 배울 물리학은 훨씬 더 재미있고 흥미진진 하답니다. 기대하셔도 좋습니다.
영화도 만드는 물리학도
스타트렉이란 영화를 보신 적이 있습니까? 사람이 여기에 있다 갑자기 없어지면서 다른 쪽에 스르륵 나타납니다. 홍길동은 또 어떻습니까! 적을 만나 둔갑술을 쓰고 분신술을 씁니다. 이러한 것들이 과연 가능할까요? 물리를 알면 근본을 알게 되고 이러한 것이 근본적으로 가능한지를 공부할 수 있습니다. ‘007 골든 아이’를 보셨습니까? 도입 부분에서 007이 006과 함께 소련의 화학 공장에서 공작 활동을 하다가 006은 우르모프에게 체포되고 007은 탈출합니다. 영화를 감상하지 않은 학생들을 위해 탈출 장면을 조금 더 소개해 봅시다. 007은 막 이륙하려는 비행기에 올라 타 비행사와 결투하다가 둘이 함께 비행기에서 떨어집니다. 007은 오토바이를 잡아타고 혼자 달려가는 비행기를 뒤쫓아갑니다. 우르모프는 이것을 보면서 씩 웃고 있지요. 왜냐하면 활주로 끝이 절벽이기 때문입니다. 비행기는 결국 007이 타기도 전에 절벽으로 떨어지고 007도 뒤질세라 절벽으로 뛰어 내립니다. 비행기는 저만치 앞에서 떨어지고 있고 007이 이 상황에서 어떻게 살아날까 잔뜩 기대되는 순간, 우리의 불사조 007은 갑자기 비행기보다 빨리 떨어지기 시작하더니 추락하는 비행기에 올라타고 조종간을 틀어 올려서 무사히 영국으로 돌아갑니다.
감상 잘 하셨습니까? 물리에 대한 기본 상식이 있는 사람이라면, 자유낙하가 어느 물체에나 같다는 이론을 들어 이는 실제로 있을 수 없는 일이라고 콧방귀를 뀔 것입니다. 하지만 물리를 조금 더 배우면 낙하하는 물체에 낙하를 방해하는 ‘끌림항력’이라는 것이 작용하고 면적이 상대적으로 넓은 비행기는 끌림항력이 커서 007이 충분히 비행기를 잡아 챌 수 있다는 것을 알게 될 것입니다.
아인슈타인은 20세기 최고의 과학자입니다. 그래서 우리나라에는 아인슈타인 우유까지 있습니다. 하지만 물리에서는 이와 같은 아인슈타인도 실수하는 것을 배울 수 있습니다. 고등학교에서 배운 보어의 ‘원자가설’에 의하면 ‘원자의 내부에너지’는 ‘양자화’ 되어 있다고 알고 있습니다. 하지만 원자의 내부에너지는 보어가 말한 대로 그렇게 선명하게 양자화되어 있을까요? 물리학 과목에서는 불확정성의 원리를 들어 내부에너지에 대한 새로운 시각을 제공합니다. 자연현상에는 어떠한 힘들이 존재할까요? 자연에 존재하는 힘들은 궁극적으로 어디에서 나올까요? 자연의 물체들은 무엇으로 이루어져 있을까요? 물리학에서는 자연의 근원을 공부할 수 있습니다.
물리학을 선택했을 때의 좋은 점
학부제에서 자연과학부를 택한 것은 현명한 선택이라고 볼 수 있습니다. 학부제는 여러 학문을 동시에 전공할 수 있는 제도이므로 다방면에 관심이 있는 학생이 약간 유리하겠지만 그렇지 않은 학생이라고 해도 기초 학문 분야를 선택했다면 응용 분야까지도 두루 둘러볼 수 있는 가능성을 가진 것이기 때문입니다. 기초 학문 분야 중에서도 수학과 물리는 가장 기초가 되는 학문입니다. 이 중 물리는 학문의 특성상 화학과 생명공학 등 다른 기초학문에도 응용이 될뿐더러 전자공학이나 기계공학 같은 공학 분야에도 다양하게 응용되고 있습니다. 한 예로 미국이나 유럽 대학원의 경우 공학을 전공한 사람이 다른 공과 대학원을 가거나 물리학과 대학원을 가기는 어렵지만 물리학을 전공한 사람은 이과, 공과계 어느 학과 대학원이든지 갈 수 있는 것으로 보아 물리학이 기초학문이고 기초학문을 공부한 사람은 처음부터 응용 학문을 배운 사람에 비해 자신의 학문 영역을 넓히기가 쉬움을 알 수 있습니다.
또 실제로 서구의 기업체에서는 공학도나 기술자를 채용해 바로 생산에 투입하기보다는 물리학도를 원하는 경우가 많이 있습니다. 그 이유는 근래에 와서 아무리 첨단 기술일지라도 그 생명이 아주 짧아 몇 년을 넘기지 못하고 낙후된 기술로 전락하게 되고 새로운 개념과 더욱 더 세련된 기술들이 쏟아져 나오기 때문에, 기술자만 가지고는 그렇게 빠르게 변화하는 과학 기술을 따라갈 수가 없기 때문이죠. 결국 요즘 기업체에서는 자연현상에 대한 깊이 있는 이해와 창의적이고도 종합적인 사고를 할 수 있는 사람을 더 찾고 있는데, 기초 학문을 튼튼히 연마해 둔 물리학도들에게 좋은 기회가 많아 질 수밖에 없는 이유가 바로 여기에 있다는 거죠. 이러한 학문상의 이점 외에도 물리학은 여러분이 대학 생활에 적응하는 데도 도움을 줄 수 있습니다. 대학교에 갓 입학했을 때는 모든 것이 낯설기 때문에 적응하는 데 시간이 걸립니다. 정도의 차이가 있기는 하지만 이것은 누구나 겪는 문제입니다. 그런데 물리학 실험을 해보면 알겠지만 실험이라는 과목은 준비부터 결과 정리까지 팀을 이루어 하기 때문에 좀 낯선 사람들과도 교제하지 않으면 안되게 합니다. 그렇게 한 학기를 지내보면 어느 정도 사람들과도 친해지고 낯설음도 빨리 없어집니다. 물론 실험을 하는 학문에는 물리학만 있는 것이 아닙니다. 그렇지만 장담할 수는 없어도 타학문에 비해 물리를 하려는 사람들은 개성이 강하면서도 소박 소탈하기 때문에 실험을 하면서 더욱 쉽게 친해질 수 있지요.
그리고 사람으로 태어나 자연의 근본을 깨우쳐 가는 즐거움을 느낄 수 있는 게 얼마나 행복한 일이겠습니까?
물리학에는 어떤 분야들이 있는가? (연구 영역)
“응? 물리면 물리지, 무슨 분야?” 라고 생각하시는 분 있습니까? 물리학은 여러 가지 분야로 나뉘어져 있습니다. 여러분이 고등학교 때 배운 물리 교과서도 크게 역학, 전자기학, 열역학, 현대 물리 등으로 나뉘어져 있지요? 대학교에 입학하면 그런 과목들을 각각 좀 더 자세히 공부하게 됩니다. 그리고 대학원에 가면 그 중 관심 있는 분야를 결정하여 연구할 수 있습니다. 물리학의 분야는 여럿 있지만, 우리 학교에서는 그 중 고에너지물리, 광학, 고체물리 및 비선형동력학을 집중적으로 연구하고 있습니다.
고에너지물리
아마 현대물리에서 약간 맛을 보셨을 것입니다. 우주의 근본을 이루는 입자는 무엇일까? 이 입자들은 어떤 힘에 의해 상호작용할까에 대한 연구를 합니다. 아인슈타인의 일반상대성 이론 이후 발전된 우주에 대한 연구도 여기에서 합니다. 우주의 기원은 어떻게 이루어졌는가. 블랙홀의 일생은 어떤 과정을 거치는가 등등을 연구하지요. 아주 작은 미시세계로부터 가장 큰 단위인 우주까지 연구를 하니, 과연 ‘극과 극은 통한다’는 말이 실감이 납니다.
광학
빛의 본질에 관해서 연구를 합니다. 레이저라는 아주 세련되고 강한 빛과 원자 또는 결정들과의 상호작용을 이용하여 양자역학이나 물질의 성질을 연구하죠. 또한 레이저를 이용하여 파장을 가변할 수 있는 광원, 광기억소자, 광통신이라든지, 여러 가지 감지기들을 연구하고, 초강력 레이저와 물질의 비선형적 상호작용도 연구합니다.
고체물리
문자 그대로 고체의 성질을 연구합니다. 고체의 결정 구조들에 의하여 여러 가지 독특한 성질들이 나타나는데, 어떤 온도에서 저항이 거의 0이 되는 초전도체가 그 좋은 예일 것입니다. 초전도체 위에 자석이 둥둥 뜨는 현상을 이용하여 자기부상열차 같은 것도 만들 수 있지요. 또한, 첨단 정보통신 기술의 기초가 되는 각종 반도체의 기본적인 성질을 연구하는 것도 고체물리의 영역입니다.
비선형 동력학
기존의 물리학에서는 현재의 상태를 자세히 관측하고 그것을 초기 조건으로 삼아 미래의 상태를 예측하나, 기상물리학자 로렌츠가 1961년 관측의 오차에 따른 초기값의 민감성(비선형성에 기인)을 발견한 이후 비선형동력학 및 카오스라는 새로운 연구분야가 형성되었을 뿐만 아니라 과학계 전반에 신선한 충격을 주면서 종래의 접근 방법을 재검토하는 계기가 되었지요. 특히 서강대학에서는 21세기의 핵심 분야의 하나인 카오스를 이용한 여러 응용분야를 연구하고 있습니다.
이상으로 우리 학교 물리학 전공에서 활발히 연구되고 있는 분야들을 살펴보았습니다. 좀 더 깊이 들어가면 훨씬 복잡하고 어려운데, 그 내용을 벌써부터 모두 알아야 할 필요는 없을 것입니다.
그러면, 물리학을 계속 공부해 나가고 싶은 학생들을 위해 좀 더 실질적인 문제를 얘기해 보도록 합시다.
물리학을 공부하는데 꼭 필요한 과목 (수강과목)
일단 필수과목은 다 들어야죠. 그리고 이론을 공부할 학생이든, 실험을 공부할 학생이든 실험 과목은 모두 듣는 것이 좋습니다. 그럼 여기서 필수 과목으로 지정되지는 않았지만 물리학을 공부하는데 피가 되고 살이 되는 과목들을 몇 개 소개하겠습니다.
물리학전공 내의 개설과목
『수리물리학』 앞에서도 물리학에 있어서의 수학의 중요성을 잠깐 살펴보았는데요. 이 과목에서는 물리학에 많이 쓰이는 수학을 공부합니다. 예를 들어, 여러분이 자유낙하 운동을 다룬다고 합시다. 그러면 벌써 거리와 속도에 관한 방정식들이 미분 항을 포함한 미분방정식의 형태로 나타나지요? 따라서, 자유 낙하 상황을 이해하고 싶으면 그 미분 방정식을 풀 수 있어야 하는 것입니다. 그 뿐만 아니라 물리학을 공부하다 보면 톡톡 튀어나오는 문제들 - 푸리에 변환, 고유값 문제, 델타함수, 텐서 등등 - 이런 것들을 상세하게 다룹니다. 어떤 분들은 응용수학을 듣기도 하는데, 수리 물리학만 잘하면 굳이 따로 응용수학을 들을 필요는 없습니다. 『현대광학』 현대광학에서는 광학의 일반적인 내용들을 골고루 다룹니다. 아주 옛날의 광학에 관련된 문제들부터 최신 주제까지 공부할 수 있습니다. 특히 광학은 양자 물리나 고체 물리에서도 아주 유용하게 이용되므로 수강하는게 여러 모로 도움이 될 것입니다. 『물리학특강』 이 과목은 4학년이 되면 들을 수 있습니다. 사실 ‘듣는다’라는 말이 잘 안 어울리는데, 이 과목은 전적으로 학생들이 스스로 진행해 나가는 과목입니다. 물리에 관련된, 자신이 관심을 갖고 있는 주제를 하나 택해서 공부하고, 그 내용을 남들 앞에서 발표하는 것입니다. 그러면 다른 학생들이 하는 질문에 답하면서 자연스럽게 토론을 하게 되지요. 물리학은 의견 교환을 통해 발전되어 온 학문이라는 것을 직접 경험할 수 있으며, 여러사람 앞에서 자신의 연구 결과를 발표해 보는 좋은 훈련이 됩니다.
물리학전공 외 다른 전공분야에 개설된 과목
『선형대수학』 수학전공 과목입니다. 이 과목은 초급 양자역학의 수학적 이해에 큰 도움을 줍니다. 따라서 이 과목을 공부하면 양자역학을 공부하기가 수월해지죠. 그렇게 어렵지도 않답니다. 『미분방정식』 역시 수학전공 과목. 앞에서도 말했지만 물리학을 공부하다 보면 미분방정식이 많이 나옵니다. 물론 수리 물리학에서도 다루긴 하지만 미분방정식에 대해 집중적으로 깊이 있는 이해를 할 수 있어서 특히 이론 공부를 하고 싶은 학생들에게 권하고 싶습니다.
그 외에도 전자공학전공의 『회로망이론』, 컴퓨터학전공의 『C언어』 등은 물리학 실험과 이론 공부에 많은 쓸모가 있습니다. 또 잊지 말아야 할 것은 과학의 전세계 공통 언어는 『영어』입니다. 학과 공부외에도 영어의 듣기, 읽기, 쓰기를 열심히 공부해 둘 필요가 있습니다.
물리학을 전공하면 사회에서 무슨 일을 할 수 있는가?
아마 여러분들은 이 부분에 대단히 많은 관심을 가지고 있으실 겁니다. 과연 물리학을 전공하고 나서 제대로 밥벌이는 할 수 있는 것인가? 결론부터 말씀드리자면 “당연히!!"입니다. 앞에서도 이미 조금 언급했지만 물리학을 전공하면 참으로 많은 일을 할 수 있답니다. 물리학의 가장 큰 특성은 기초학문이라는 것입니다. 즉, 여러 가지 학문의 기초가 되는 것이죠. 게다가 물리학의 성격상 어떤 문제에 접하게 되면 ‘왜 그런 일이 일어났을까?’에 대한 해답을 깊이 있게 생각해야 하기 때문에, 문제를 합리적이고 논리적으로 해결하는 태도가 몸에 배게 됩니다. 이렇게 물리학을 전공한 ‘합리적이고 논리적으로 사고하는 사람’은 사회에 나가 어떤 상황에 놓이게 되더라도 차근차근 일을 처리할 수 있는 능력을 갖게 되는 것입니다.
그러면, 물리학을 전공하면 구체적으로 무슨 일을 할 수 있을까요? 재미있게 공부를 하다보면 대학교수가 될 수도 있습니다. 우리 학교를 나오신 선배님들은 우리 학교 물리학과에도 네 분 계시고, 프린스턴 대학, 동경 공대 등의 외국 대학 그리고 포항 공대, 과학원 등의 국내 유수 대학에서 연구 및 후학 양성을 하고 계십니다. 또한 AT&T, SLAC 등 외국 유수 연구소 및 과학기술원 등 국내 연구소에도 많은 선배님들이 훌륭한 연구를 수행하고 계십니다. 서강대학교의 공부하는 분위기 때문인지 무사히 졸업을 마치신 선배님들의 30~40%가 박사학위 소지자이거나 박사학위 과정에 계십니다.
그럼 물리학 전공을 하고 나서 다른 일을 할 수는 없는 것인가? 그렇지 않습니다. 가장 일반적인 경우는 기업체에 들어가는 것입니다. 많은 선배님들이 견실한 기업체에 입사하여 활발한 활동을 벌이고 계십니다. 그리고 변리사가 되신 선배님들도 있고, 전자공학, 경제학, 종교학 등의 공부를 하셔서 교수가 되시거나 그 분야의 전문가가 되신 분들도 있습니다. 외국의 경우에는 물리학을 전공하고 영화감독, 작곡가, 연주자가 되는 경우도 어렵지 않게 볼 수 있습니다. 여러분 모두를 물리학의 세계로 초대합니다!!
서강대학교 물리학과 소개에서 인용
http://www.sogang.ac.kr/under/classinfo/physics.php
이 선교사 두 아들(기은, 기성) 모두 러시아에서 물리학을 전공하고 있습니다.
기은이는 입자 물리 전공 중인데 5학년입니다. 2009년 8월 모스크바에 소재한 대학원 진학을 목표로 하고 있습니다. 아직 진학할 학교 선정과 세부 전공 결정하지 못하고 있는데 구체적인 진로 결정과 필요한 학비가 조달될 수 있도록 위해 기도바랍니다.
막내 기성이는 한국 나이 18살임에도 3학년이 되었습니다. 3학년에 전공 선택을 해야 하는데 고체 물리를 택했습니다. 잘 적응할 수 있도록 기도바랍니다.
두 자녀 모두 하나님의 나라 건설과 사회에 이바지 할 수 있었으면 합니다.
8가지 마음
