물리학 통합에 기여한 개념들

일반적으로 19세기 물리학이 하나의 분야로 통합되는 데 기여한 개념으로는 다음의 세 가지를 얘기할 수 있다. 첫째는 "기계적 설명", 둘째는 "동역학적 서술", 셋째는 "에너지 보존"이다.

기계적 설명(mechanical explanation): 물리적 모형으로서. 특히 에테르 개념

갖가지 현상에 대해 각각 다른 종류의 ‘무게 없는 입자’들을 가정해서 빛에는 빛입자, 열에는 칼로릭 입자, 연소에는 ‘플로지스톤’ 등을 따로 생각하는 일이 더 이상 지탱되기 힘들어지면서, 이런 여러 분야들에 새로운 이론들이 자라나고, 그런 이론들이 서로 연결되게 되었던 것이다. 그리고 거기에는 또한 위의 여러 현상들을 ‘에테르’라는 한 가지 매질의 존재를 통해서 생각하는 습관도 큰 역할을 했는데, ‘빛입자’가 별도로 존재하는 것이 아니라 에테르의 진동에 의하여 빛이 전달되는 것이라는 프레넬의 ‘빛의 파동이론’은 여기에 큰 영향을 미쳤다.

동역학적 서술(dynamical expression): 수학적 형식으로서. 특히 대수적인 미분방정

이전까지 대부분의 경우 각각 다른 분야가 다루는 현상이나 물리적 양들이 달랐고 사용하는 기호도 달랐다. 18세기 말부터, 그것들을 다루는 수식과 방정식들이 형태상으로는 같은 구조를 지니는 일이 생기게 된다. 그것은 rational mechanics에서 처음 형성된 동역학적 서술(대수적 형태) 덕분으로 파악할 수 있다. 그리고 일단 이렇게 되면 똑같은 수학적 기법을 통해서 한 가지 방정식을 풀어냄으로써 여러 가지 분야들에 걸친 지식을 한꺼번에 얻을 수 있게 되었다. 또한 그 결과 같은 종류의 수학적 기법을 교육받은 사람은 이 모든 분야들을 함께 다룰 수 있게 되었다. 결국 이런 수학화의 과정이 더욱 진전되면서 이 분야들은 한 가지 방법을 공유하는 하나의 과학분야, 곧 수리물리학 분야가 되었던 것이다.

에너지 보존: 열, 전기, 자기, 빛이 하나의 (역학적) 에너지 아래 통합

여러 형태의 에너지들이 사실은 본질적으로 같은 물리적 양으로서 서로 변환될 수 있다는 생각은 이것들을 대상으로 하는 분야들이 사실은 같은 종류의 분야라는 생각을 하게 해주었다. 이에 따라 이 현상들을 같은 종류의 물리적 원인과 물리적 양들을 통해서 설명하려는 시도들이 생겨났다. 실제로 열‘역학’, 전기‘동역학’ 등의 분야 이름들은 그 같은 시도들을 증거해 주며, 또한 19세기 후반을 통해서 완결된 전기분야와 자기분야의 통합, 그리고 빛이 전자파라는 인식 등은 그 같은 시도가 고도로 진행된 결과였다고 할 수 있다.