역학에 관한 정리

목차

1. 뉴턴과 고전역학의 성립

2. 역학의 역사
1) 역학에 대한 아리스토텔레스의 생각

2) 관성을 도입한 갈릴레오

3) 뉴턴, 갈릴레오의 패러다임을 깨부수는 패러다임을 발표 (뉴턴의 업적)
4) 특수 상대성 이론 (관성 질량의 크기는 에너지의 크기를 의미)
3. 고전역학에서 양자역학으로의 패러다임 변화

4. 고전역학의 의의와 그 한계의 비판에 대한 토론
(긍적적 견해와 부정적 견해)

5. 토론의 결론 및 후기

※ 참고 문헌

본문내용

어둡게 하고 있다. 잠재적인 재난을 예견하는데 선견지명이 있는 미국의 역사학자 애덤스는 과학이 인류를 지배하며 세계를 폭발시켜 인류 스스로 목숨을 끊을 것이라고 확신하여 충격을 주었다. 또한 1816년 셸리의 공포소설 ‘프랑켄슈타인’에서 한 과학자의 자연에 관한 연구가 얼마나 무서운 재앙을 가져다주는지를 시사해준다. 프랑켄슈타인은 뉴턴식 연구를 통해 생명이 없는 물질에 생명을 불어 넣을 수 있는 방법을 발견하지만 어울리지 않는 부품으로 조립되어 있기 때문에 모습이 무시무시하여 보는 사람마다 공포에 떨게 만들었다. 마침내 그의 연구물은 그를 사랑하는 가족들을 모조리 죽였고 그를 죽이려할 때 마지막으로 “나에게 힘이 있음을 기억하라, 너는 나의 창조자이지만 내가 너의 주인이다” 라는 말을 한다. 이 소설의 괴물은 현대의 핵폭탄이나 생화학무기, 새로운 종류의 식물과 동물, 심지어 인간 유전자까지 조정할 수 있는 유전공학과 비유할 수 있다. 현대의 과학연구는 집요하고 위헙한 프랑켄 슈타인적인 이미지를 연상시킨다.
2) 철학이나 세계관
뉴턴의 역학혁명에 의해 종래에 있던 아리스토텔레스의 천동설은 확고히 부정되었다. 이로인해 인간은 모든 것의 중심이라는 사고에서 광대한 우주에 존재하는 우주먼지에 불과한 존재로 인식하게 되어 인간의 가치관에 대한 위협이 생겨나게 되었다. 또한 그의 세계관은 경험적이로 합리주의적인 사상체계를 가진 계몽주의에 영향을 미쳐 과학의 진보에 대한 낙관주의를 낳게 하였다. 그리하여 낭만주의자인 ‘블레이크’는 산업혁명 초기의 추악한 결과에 경악을 하여 뉴턴 역학을 비판하는 시를 지었고 ‘키즈’는 뉴턴의 스펙트럼 분석을 무지개의 아름다움을 보는 시각을 다른 각도로 보게 하였다고 비판하였다. 그리고 ‘괴테’는 빛의 혼합이 하얀색이라는 사실을 부정하기 위해 노력했지만 허사가 되고나서 "뉴턴은 단순과 순수의 상징과 같은 하얀색을 더럽혀놓았다"고 비판했다.
3) 엔트로피관점에서 비판
열역학 제1법칙에 의하면 에너지는 형태가 변할 뿐이지 새로 만들어지거나 없어질 수 없다고 한다. 이 법칙만으로는 인류의 에너지 고갈을 예견할 수는 없다. 하지만 열역학 제2법칙은 엔트로피는 증가하는 방향 즉 사용할 수 있는 에너지가 감소하는 방향으로 흘러가고 가역성은 없는 것이다. 두 가지 법칙을 합치면 일을 하게 되면 사용가능한 에너지가 사용 불능한 에너지로 변하고 사용 불능한 에너지는 공해나 환경오염등과 같은 현상으로 나타난다.
20년전 ‘볼딩’은 “우주선 지구호”라는 말을 사용하였다. 이 말은 지구에서 사용할 수 있는 자원의 양은 한계가 있고 자원을 사용하면 그만큼 환경이 오염된다는 말이다. 지구는 폐쇄계이고 유성이나 기체등의 가감소의 미미한 질량의 변화를 제외하면 지구의 질량은 거의 일정하다. 따라서 지구를 우주선이라고 볼 수 있다. 과학의 발전은 자원의 사용을 낳고 자원의 사용은 쓸모 있는 에너지를 쓸모없는 에너지로 변화시킨다. 쓸모없는 에너지는 환경오염이나 공해 등의 현상으로 우리에게 다가온다. 자원이 고갈되어도 인류는 멸망하지만 환경이 극심하게 악화되어도 인류는 멸망하게 된다. 따라서 이 이론에 의해 과학이 후퇴 없는 지속적인 발전만을 이룬다면 인류는 멸망될 것이다.
5. 토론의 결론 및 후기
이번 조별 토론과제를 하면서 우리는 과학 분야에서 역학은 전통적으로 고전역학과 양자역학의 2가지로 나누어 져있음을 알게 되었다. 그리고 토론을 통해 고전역학의 의의에 대한 긍정적인 의견과 그의 한계로서 부정적인 의견을 나누면서 우리는 2가지 결론을 내리게 되었다.
그 첫 번째는 고전역학과 양자역학 이 둘은 상호보완 관계에 있다는 것이다. 고전역학에서는 나무에서 떨어지는 사과와 같은 작은 물체에서부터 달이나 항성과 같이 매우 거대한 물체에 이르기까지 모든 물체의 운동에 대해서 다룬다. 고전역학은 공학자가 교량이나 항공기를 설계할 때 꼭 필요할 뿐만 아니라 고전역학에 의해서 천체의 운행을 수천 년을 앞서서 정확하게 예언할 수가 있다. 하지만 원자나 원자구성입자의 크기에서는 물질과 전자기파의 운동을 설명하지 못한 것처럼 원자 정도 혹은 그보다 작은 미시적인(microscopic) 크기의 세계에서는 성립하지 않기 때문에 고속의 현상을 설명하기 위해서는 1905년에 독일 태생 미국의 물리학자인 알베르트 아인슈타인이 발견한 특수상대성이론을 이용해야 했으며 물질의 운동을 원자크기 정도에서 연구한 결과가 양자역학의 분야임을 알게 되었다.
따라서 우리는 역학이론을 적용할 때 있어서 거시적인목적이나 혹은 미시적 목적인가에 따라 서로 상호보완하며 적용해야 할 것임을 나름대로 결론지었고 또한 고전역학이 미시적으로는 한계가 있지만, 역학을 보다 수학적으로 체계화하여 고급응용을 위한 지식을 얻게 하고, 양자역학의 기본이 되는 역학적 지식 및 이론형식을 습득 시키는데 기본적 토대로서 큰 도움을 줄 수 있기 때문에 고전역학과 양자역학을 상호보완적으로 이용함으로써 향후 역학이론의 발전에도 도움이 될 것이라 결론지었다.
두 번째 결론은 다음과 같다. 뉴턴 역학은 200여년을 과학계를 지배했다. 당시에는 물리학의 모든 근본적인 법칙들이 발견되었다고 생각했으며, 당시 과학계의 남은 문제는 정확성과, 정밀성 높은 실험을 통해 자연을 조금 더 명확하게 이해하는 것이라 생각 할 만큼 고전역학은 강력했다. 이렇듯 가장 완벽해보이고 강력한 뉴턴의 이론도 과학자들의 끊임없는 반증 시도로 인해 그 한계를 드러냈고, 그 한계를 극복하고 그를 대체할 수 있는 양자이론이 등장한 것을 보았을 때, 우리는 영원히 진실임을 보증 받고 절대적이고 완벽한 과학적 이론은 없다는 것을 깨닫고 과학지식도 변할 수 있다는 것과 이런 과학이론의 한계를 뛰어넘을 수 있도록 하는 과학자의 비판적 의식과 노력이 중요하다고 결론지었다.
※ 참고 문헌
현대일반화학, Oxtoby 외 2인, 일반화학교재연구회 역
과학사와 과학철학, 정원우 외4인, 경북대학교 출판부
위키 백과사전 http://ko.wikipedia.org/
http://100.naver.com/
http://www.scienceall.com/
물리학의 선구자, 임경순, 다산출판사.

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