12. 뉴턴의 종합

보편중력(Universal Gravitation)으로 하나가 되다

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1643년 1월 4일 - 1727년 3월 31일

뉴턴 신상명세

  • 2005년 영국 왕립학회 과학자 대상 조사 설문에서 역사상 가장 위대한 과학자로 선정
  • 고전물리학이라는 과학 패러다임의 근간을 마련
  • 18세기 계몽주의 운동의 지적 원천 → 철학, 사회사상, 경제학 등에 지대한 영향력
  • 과학혁명의 완수자

자연과 자연의 법칙은 본래 밤 속에 숨어 있었는데, 신이 “뉴턴아 있으라” 했더니 모든 것이 밝아지더라 (…)

알렉산더 포프

중력 개념은 … 그(뉴턴)가 사색에 잠겨 앉아 있을 때, 마침 사과가 떨어진 덕에 탄생했다. 왜 사과는 옆이나 위가 아니라, 늘 지구의 중심으로만 떨어지는 것일까? 지구가 끌어당기고 있기에, 그렇게 되는 게 틀림없다. … 어떤 힘이 분명 존재한다. 그 힘을 우리는 중력(gravitation)이라 부른다. 이 힘은 우주 끝에서 끝까지 스스로 확장된다.

윌리엄 스터클리, 뉴턴 평전 (1752년)

뉴턴의 사과 일화가 의미하는 바:

  • 어떤 위대한 천재가, 불현듯 천재적 아이디어가 떠올라서 혁신을 이루었다는 낭만주의적 신화

뉴턴의 전반생

  • 1623년 - 잉글랜드 링컨셔 울즈소프 출생 (유복자)
  • 1654년 - 그렌섬 킹즈 스쿨 입학
  • 1661년 - 케임브리지 트리니티 칼리지 입학
    • 당대의 최신 학문 독학 (코페르니쿠스의 천문학, 케플러의 천문학, 갈릴레오의 역학, 데카르트의 기계론, 피에르 가상디의 원자론, 로버트 보일의 실험철학, 헨리 모어의 신플라톤주의)
  • 1665년 - 기적의 해(Annus Mirabilis)
    • 런던 흑사병 창궐. 케임브리지 대학 2년간 휴교
    • 울즈소프 귀향
      1. 유율법 고안,
      2. 빛에 대한 연구,
      3. 행성 궤도에 관한 연구

1665년 초에 나는 수열을 근사하는 방법 및 어떤 차수의 이항식이든 그런 수열로 환원하는 규칙을 알아냈다. 그해 5월에는 그레고리&슬루시우스의 접선에 관한 방법을 알아냈고, 11월에는 (1) 유율에 관한 방법을 알아냈다. 이듬해 1월에는 (2) 색깔에 관한 이론을 고안했고, 5월에는 유율의 역산(적분)을 알아냈다. 같은 해 (3) 나는 달의 궤도까지 뻗어 있는 중력에 관해 생각하기 시작했고 … 케플러의 제3법칙으로부터 나는 행성을 공전궤도를 따라 회전시키는 힘은 틀림없이 공전 궤도 중심으로부터 행성까지의 거리의 제곱에 반비례함을 추론해냈다. 그리고 이에 따라 달을 공전 궤도를 따라 회전시키는 데 필요한 힘을 지구 표면의 중력과 비교하여 두 힘이 아주 흡사함을 알아냈다. 이 모든 일이 흑사병이 기승을 부린 1665년과 1666년에 일어났다. 이 때는 내 생애에서 가장 창조적인 시기로, 그 어느 때보다 수학과 철학에 마음을 쏟았다.

뉴턴의 중반생

  • 1667년 - Fellow 신분으로 케임브리지 대학 복귀
    • 수학교수 아이작 배로우(Isaac Barrow) 밑에서 연구
  • 1668년 - 케임브리지 대학 루카스좌 교수 역임
    • 광학 관련 강의 및 실험
    • 반사 망원경 제작(1671년)하여 왕립학회에 기증. 왕립학회 Fellow로 선출
    • “빛과 색깔에 관한 연구” 논문(1672, 1675). 로버트 후크와 날선 논쟁
    • 연금술 및 성경 예언 연구 (1670년대-1680년대)
  • 1687년 - 『자연철학의 수학적 원리』(이하 프린키피아)
    • 1684년 에드먼드 핼리의 방문을 계기로, 행성의 궤도 운동에 관한 연구에 골몰
    • 프린키피아 출간 후 영국을 대표하는 자연철학자로 발돋움

뉴턴의 후반생

  • 1689년 - 의회 진출(케임브리지 지역구)
  • 1696년 - 공직 진출. 영국 조폐국 감독, 1699년 조폐국 국장 역임 / 화폐 개혁 및 위폐범 단속
  • 1703년 - 런던 왕립학회장 취임. 학회 조직 및 행정 절차 개편, 학회 고급화 추진
  • 1704년 - 『광학』 출간
  • 1705년 - 앤 여왕에게 기사작위 받음 (Sir 아이작 뉴턴)

뉴턴주의의 당대 영향

프린키피아에 대한 당대 반응:

  • 이토록 가치 있는 철학의 진리가 한 사람의 능력에 의해 밝혀진 예는 없다 해도 과언이 아닐 것입니다 (왕립학회 회보)
  • 뉴턴은 인류 역사상 신에 가장 근접한 사람… (핼리)
  • 우리가 상상할 수 있는 가장 완벽한 역학… (프랑스의 드 사방)
  • 우주의 참된 체계를, 전혀 의심할 수 없는 방식으로, 발견한 사람… (네덜란드의 하위헌스)
  • 천제적인 인간의 작품 중에서도 가장 독보적인 것… (독일의 라이프니츠)

뉴턴의 떨거지들

  • 유럽 전역에서 뉴턴 주위로 몰려든 자연철학자들
    • 『프린키피아』의 웅장함에 매료된 수학자들
    • 『광학』에서 영감을 얻은 실험과학자들

뉴턴주의의 종교 및 정치적 접근

  • 뉴턴의 우주관은 국교회 성직자, 정치가들에게 수용되어 영국을 대표하는 세계관으로 발전
    • 뉴턴이 자연현상에서 신의 섭리를 읽어냈듯, 교회는 국가 및 사회체계에서 신의 섭리를 발견해야…
  • 클라크, 벤틀리: 종교와 뉴턴의 사상 융합 → 급진사상가들의 위협에 대항해 종교의 권위 재확립
  • 뉴턴의 종교적 과학관
    • 기계론 철학의 무신론적 성향 비판
      • 신은 태초의 순간뿐만 아니라, 지속적으로 그 권능을 자연세계에 행사
      • 보편중력이라는 힘(신의 의지)은 자연계에 신이 편재함을 보여주는 증거
    • 신의 의지와 지속적인 보살핌이 자연세계의 원활한 작동을 보장

뉴턴과 그의 추종자들은 구시대적인 발상을 하고 있다. 그들의 학설에 따르면, 전지전능한 신께선 본인이 만든 시계의 태엽을 가끔 감아줘야만 한다. 그렇지 않으면 그 시계는 멈춰버릴 것이기 때문이다. 그들의 신은 예지력이 부족해서 시계를 영원히 움직이도록 만들지 못한 것처럼 보인다.

라이프니츠

뉴턴 사망 이후

  • 볼테르
    • “데카르트 체계를 붕괴시킨 뉴턴은 1727년 3월 사망했다. 영국인들은 생전에 뉴턴에게 경의를 표했고, 백성들을 행복하게 해준 성왕을 대하듯, 성대한 장례식을 치러주었다.”
      • 뉴턴이 뭔 소리 했는지 제대로 이해도 못하면서(수포자) 학자의 사회적 위상이라는 잿밥에만 관심 있음
    • 프랑스 사회개혁의 원동력을 뉴턴 과학에서 찾음
      • 영국 망명시기 경험한 경험론/의회/종교관용/평등 + 뉴턴과학의 무가설성
      • 뉴턴 과학을 프랑스에 최초 전파
  • 뉴턴과학의 대중화
    • 휘스턴 (1716) — 더 쉽게 설명한 아이작 뉴턴 경의 수리철학
    • 데자글리에 (1728) — 뉴턴의 세계체제, 최상의 통치 모델
    • 데자글리에 (1733-34) — 실험철학 강요
    • 알가로티 (1737) — 숙녀를 위한 뉴턴주의, 혹은 빛과 색깔에 관한 대화
    • 볼테르 (1738) — 뉴턴 철학의 원리
    • 퍼거슨 (1756) — 뉴턴 경의 원리에 기초하되 수학을 이해 못하는 사람들을 위해 쉽게 설명한 천문학
    • 톰 텔레스코프 (어린이 책 출판업자 존 뉴버리, 1761) — 젊은 신사 숙녀를 위한 뉴턴 철학체계 (뉴턴 과학과는 하등 상관없고 애들 훈육을 어떻게 시키느냐 얘기임. 좋은 건 다 뉴턴 붙이던 풍조를 볼 수 있다.)

에테르의 존재 안에서 태양은 스스로 평형을 유지하며, 거기서부터 태양의 선(善)이 멀리, 그리고 널리 펴져간다. 최초의 휘광을 간직한 간직한 성직자처럼, 여섯 세계가 영묘한 춤을 추며 그의 왕관 주변에 펼쳐지며, 태양의 인력은 이제 모든 왕국에 편재하여, 조지 왕과 캐롤라인의 치세를 축복하는도다.

데자글리에, 『뉴턴의 세계체제, 최상의 통치 모델』

잊혀진 뉴턴의 이면

  • 성서연구 — 중세 연대기학자들이 하던 짓 (역사의 기독교적 해석 및 연도 계산질)
  • 연금술 — 뉴턴의 저술 중 실제로 가장 많은 비중 차지
  • 포츠머스 문서(1936년 발굴)
    • 뉴턴을 계몽사조의 상징이자 합리성의 화신으로 떠받든 많은 후대인들 황당해져버림

뉴턴의 성서학

  • 뉴턴의 종교 — 삼위일체설을 거부한 아리우스파(?!)
  • 고대 성서문헌 수집 — 태고적 타락하지 않은 창조의 역사 복원
    • 초창기 교회가 성서 원본의 의미를 감추고 왜곡, 우주의 수학적 구조에 관한 진실을 은폐했다
    • 성서문헌의 본래 의미를 복원하고 이를 통해 잃어버린 고대인들의 지혜를 되찾기 위한 노력
  • 자연철학 연구와의 공명점
    • 모세와 헤르메스 같은 고대인들이 코페르니쿠스적 태양중심우주와 보편중력법칙을 알고 있었을 것이라 확신
    • 뉴턴의 목표는 고대 교회의 금지로 인해 어둠의 나락에 빠진 지식을 샐비지 하는 것

뉴턴의 연금술

  • 잃어버린 지식을 복원하려는 노력에서 추진한 또 다른 방향의 연구
    • 연금술 문헌의 불가사의한 언어와 상징은 비밀스런 지식을 감추려는 계획적 시도
  • 트리니티 칼리지 개인실험실에서 연금술 연구 수행
    • 연금술 문헌을 읽으며 그곳에 설명된 실험 절차를 재현하고자 노력하는 “뉴턴”
    • 고대 성서를 발굴해 그 의미를 판독하고자 노력하는 “뉴턴”
    • 프린키피아의 저술도 뉴턴 생각에는 일종의 복원 작업
  • 자연철학 연구와의 공명점
    • 뉴턴의 경우, 기계론에 열광한 동시대인들과 달리 자연에 신비한 성질이 있다는 관념에 공감
    • 기계론자들과 달리, 중력의 물리적 원인에 관한 문제를 미해결된 채로 남겨두는 데 거리낌 없었음
    • “활동적 동인(active principle)”으로 가득 차 있는 물질 개념

뉴턴의 주요 저서

광학

  • 1670년대에 행한 광학 연구(후크에게 까였던) 정리
    • 프린키피아에 비해 평이한 저작. 실험보고서 모음으로 일관성, 통일성 낮음
    • 제1권: 빛의 굴절, 백색광의 비균질성, 색의 본성, 무지개, 망원경 개량법에 관한 실험들
    • 제2권: 얇은 막에서 나타나는 색 패턴(Newton's rings)에 관한 실험
    • 제3권: 빛의 회절 현상 / 연구질문들(Queries)
  • 빛과 색의 연구사
    • 아리스토텔레스: 색깔은 빛과 무관하게 물체에 내재된 고유한 성질
    • 데카르트: 색깔은 물질 구체의 상이한 회전속도가 나타내는 겉보기 현상. 프리즘은 백색광을 구성하는 물질 구체의 회전을 변화시킴
  • 뉴턴의 실험
    • 제1, 2실험 - 두 개의 색을 칠하고 프리즘을 통해서 보니 어긋나게 보임
    • 제3, 4, 5실험 - 암실에서 빛을 프리즘에 통과시키는 실험
  • 뉴턴의 결론
    • 프리즘 굴절을 이용해 백색광을 여러 단색광으로 분리 가능
    • "백색광은 서로 다른 굴절률을 지닌 광선들로 구성됨"
    • 실용적 함의 : 렌즈를 이용하는 한 굴절률의 차이에서 비롯되는 색수차 현상을 없앨 수 없음 → 반사망원경 개발, 1671년 왕립학회 제출

프린키피아』(1687년)

  • 집필 과정
    • 원심적 경향에 대한 정량적 분석: (흑사병 피해 내려가 있을 때)
      • 원심적 경향 ← 데카르트의 소용돌이 우주 - 폐쇄회로적 원운동
      • $R : V = V : \Delta V \longrightarrow \Delta V = V^2 / R$
    • 사고실험 — 원심적 경향은 구형 궤도에 구속됨으로써 직선운동이 왜곡되는 현상
    • 행성의 경우로 원심적 경향의 크기 확장
(1)
\begin{align} \Delta V & = {V^2 \over R} \qquad \longleftarrow \text{행성의 속도}\ V = 2 \pi { R \over T} \\ & = 4 \pi^2 {R \over T^2} \\ & = {{4 \pi^2 } \over R^2} \times { R^3 \over T^2} \\ & \propto {1 \over R^2} \implies \text{케플러 제3법칙} \longleftarrow \text{거리의 제곱에 반비례하는 힘 = 행성의 경우 원심적 경향} \end{align}
  • 0
    • 후크와의 서신교환 (1679년)
      • (나중에 후크와 니가 표절했네 니가 표절했네 싸우게 된 원인)
      • 행성의 운동 = 중심을 향하는 경향 + 궤도 접선으로 움직이는 경향
      • 태양으로부터 전공간으로 방출되는, 케플러가 이야기한 anima motrix
      • 만유인력을 향한 통찰: 원심력에서 구심력으로 — 태양에서 공간상으로 방출되는 원동력이므로 구의 표면적에 반비례 — 거리의 제곱에 반비례하는 관계
    • 핼리의 방문 (1684년 8월)
        • 핼리 : "거리의 제곱에 반비례하는 힘을 받는 물체는 어떤 운동을 하는가?“
        • 뉴턴 : "태양 주위를 도는 행성의 궤도와 동일, 즉 타원궤도. 일전에 계산한 적 있음"
        • 핼리 : "정말? 당장 보여줄 수 있나?"
        • 뉴턴 : "… (못 찾음) 다시 증명해서 보내주겠음"
      • 3개월 후 9쪽짜리 소논문 집필
        • 역사학자들은 뉴턴이 아마 착각했을 것이라 보는데, 위에서의 논의들에서는 원궤도에 대해서만 증명되었고 타원궤도를 증명한 바는 없음. 어쨌든 이 작업으로 3개월 동안 타원궤도 증명
      • 이후 단행본으로 확장하고자 18개월간 집필 → 1686년 원고 완성
  • 책의 전체적 특징
    • 500페이지 총 3권, 라틴어
    • 기하학적 저술
      • 기하학으로 표현된 미적 기법
      • 기하학의 논증 방식 채택: 정의, 공리, 법칙, 정리, 따름정리, 주해
        • 주해란 매 챕터 마지막에 "이 정리가 실세계에서 의미하는 바가 무엇인지" 쓴 것인데 위 논증 과정을 그대로 따라가는 건 너무 힘들어서(현대의 물리학과 대학원생에게도 힘든 일) 다들 주해만 대충 읽고 에이 앞에 내용은 맞겠지 하고 치워버림 (당대에도 그랬고 요즘도 그러하다)
  • 책의 구성
    • 서문: 기본 정의와 법칙들
      • 기본 정의: 물질의 양, 운동의 양, 고유한 힘, 가해진 힘
        • 특히 구심력: 중심과 같은 특정 지점으로 물질을 향하도록 하는 힘
      • 세 가지 운동법칙 제시
        1. 관성의 법칙: "물체는 그것에 '가해진 힘'이 없는 한, 정지 또는 등속직선운동을 계속한다" ← 데카르트 계승
        2. 가속도의 법칙: "운동의 변화는 '가해진 힘'에 비례하며, 그 힘이 가해진 직선방향으로 나타난다"
        3. 작용-반작용 법칙: "모든 작용에 대해, 크기가 같고 방향이 반대인 반작용이 항상 존재한다"
    • 제1권: 추상세계의 역학
      • 마찰이 없는 추상 공간에서 여러 힘들이 작용할 때 일어나는 물체의 운동 분석
      • 각종 구심력 → 운동의 기하학적 형태 / 운동의 각종 기하학적 형태 → 구심력
    • 제2권: 지상계의 역학
      • 저항이 있는 각종 매질 속에서 운동하는 물체에 대한 분석 → 데카르트 체계에 대한 비판
    • 제3권: 태양계의 천체역학
      • "세계 체계(World System)" : 만유인력 → 거리의 제곱에 반비례하는 구심력 도입
      • 케플러의 세 가지 법칙과의 관련성 명확히 한 후, 설명의 범위를 달을 비롯하나 위성의 운동, 지구의 조석 현상, 혜성의 궤도, 지구의 세차 운동으로 확장
  • 케플러의 법칙 증명
제2법칙: 거리에 반비례하는 구심력이 작용할 때 면적속도 일정과 같은 형태로의 운동이 일어나
케플러2법칙1.png
케플러2법칙2.png
원래대로라면 $A$에서 출발한 물체가 $c$를 향해 가야 하는데 $B$ 위치에서 $S$로 향하는 힘(구심력)을 때려맞으면서 경로가 $C$로 바뀌게 되고 이후 이런 과정이 연속적으로 일어남. 이때 면적을 비교해 보면 (2)
\begin{align} SAB = SBc, \quad SBc = SBC \qquad \\ \therefore\ SAB = SBC = SCD = SDE = SEF \end{align}

제1법칙: 이건 2법칙처럼 간단하지 않고, 증명이 거의 30페이지에 달함

케플러1법칙1.png

타원 궤도를 따라 이동하는 물체에 작용하는 힘은 $R^2$에 반비례하는 구심력
$R^2$에 반비례하는 구심력이 작용하는 물체의 이동 궤적은 타원 (또는 원추곡선. 타원은 원추곡선의 일종)

제3법칙의 함의 — 가장 중요한 부분. 여기서 보편중력의 존재를 이끌어냄

(3)
\begin{align} F & = {{m V^2} \over R} = m \times \left[ {{ 2 \pi R} \over T} \right] ^2 \times {1 \over R} \qquad \left( \because\ V = {{2 \pi R} \over T} \right) \\ & = {{4 \pi^2 m} \over R^2} \times {R^3 \over T^2} = {{4 \pi^2 m} \over {R^2}} \times K \qquad \left( {R^3 \over T^2} \equiv K \right) \\ & = \left[ {{4 \pi^2 K } \over {M_\odot}} \right] \times {{ M_\odot m } \over R^2} \\ & = G {{ M_\odot m } \over {R^2}} \qquad \qquad \left( G \equiv {{ 4 \pi^2 K} \over M_\odot} \right) \end{align}
  • 뉴턴의 기본 전제 — 작용 반작용 법칙에서 태양이 행성을 당기므로 행성도 태양을 당기고 있음
  • 케플러 상수를 태양 질량으로 나눈 것을 중력상수라고 선언.
    • 케플러 상수는 태양계에서의 상수. 거기서 태양질량을 나눠버림
      • 태양과 행성들 사이에도 케플러 3법칙이 성립하고 행성들과 각 위성들 사이에도 성립하는데 그때마다 케플러 상수는 달라짐.
      • 그때그때 다른 케플러 상수에서 "그때그때"의 질량(태양-행성에서는 태양, 행성-위성에서는 행성)의 질량을 나눠버림
    • → 이 법칙은 태양과 행성 사이에만 제한적으로 작용하는 힘이 아니라 온 우주에 있는 쌍의 질량을 가진 물체들 사이에 적용되는 법칙

천상계와 지상계를 포괄하는 원리로서의 보편중력

  • 사과가 지구를 향해 떨어지는 이유
    • 지구와 사과 사이에 보편중력이 작용하기 때문.
  • 달이 지구 주위를 공전하는 이유
    • (사과와 마찬가지로) 지구와 달 사이에 보편중력이 작용하고 있기 때문
    • 단, 달은 지구 반지름의 60배 거리에 위치하므로, 달에 작용하는 보편중력은 1/3600.
  • 사과의 낙하가속도는 경험적으로 4.9 m/s2. 이것을 3600으로 나누면 0.1361 cm/s2. 경험적인 값은 0.1369 cm/s2.
달궤도.png
  • 뉴턴의 작업은 케플러의 법칙으로부터 "힘"을 이끌어 낸 것
    • 그 힘을 확장해서 행성 뿐 아니라 모든 곳, 천상과 지상 가리지 않고 존재하는 만유의 보편적인 힘으로
    • 위성의 궤도 산출 / 조석 현상의 원인 규명 → 태양과 달이 지구에 함께 중력을 미침
    • 혜성의 궤도 및 공전주기 산출 → 핼리의 예측 (1680년)
    • 지구의 모양에 관한 통찰 → 모페르튀 원정대 (1730년대)
    • 아리스토텔레스주의의 관짝에 마지막 못을 박음 (행성의 운동과 사과/포탄의 운동은 똑같은 원리에 의한 거야!)

뉴턴의 성취 — 과학적 방법론

가설의 배격

  • 만유인력이란? 그 원인은 무엇인가? 작용 기작은? → "Hypotheses non fingo"

그 힘(만유인력)은 분명 어떤 원인으로부터 생겨난다. 하지만 나는 현상으로부터 중력의 원인을 아직 발견하지 못했고, 이에 대해 어떤 가설도 세우지 않을 것이다. 현상으로부터 이끌어내지 못한 모든 것은 가설이며, 이러한 가설은 형이상학적이건, 물리적이건, 신비적이건, 기계적이건 간에 자연철학에서 차지할 자리가 없다.

프린키피아 일반주해

  • 기계론자들이 소용돌이가 어떻고 미세입자가 어떻고 저떻고 거리면서 확인도 안 되는 썰 푸는 건 다 필요 없는 짓거리다.

뉴턴식 방법론

  • 현상에서 수학적 힘 발견 → 이를 통해 다른 현상 설명

이 책을 자연철학의 수학적 원리로 제시한다. 자연철학의 임무는 (1)운동현상으로부터 자연의 힘을 탐구하고 (2)그 힘으로부터 다시 현상들을 설명하는 것이다.

프린키피아 서문

  • 그렇게 기계론은 쳐발렸고 데카르트는 과학자가 아닌 처락자로 역사에 남게됨 되어버렸다

뉴턴의 종합

과학혁명의 완수

  • '지상계의 역학'과 '천상계의 수리 행성천문학' 통합
    • 중력(=만유인력)이란 힘으로 포탄의 운동과 케플러의 법칙을 모두 설명
    • 단일한 원리, 단일한 수학 체계로 천상계와 지상계의 현상 모두 설명 가능
    • 2000년간 유지되던 '천상계'와 '지상계'의 구분 완전히 타파
  • '수학적 전통'과 '실험적 전통'의 결합
    • 수학적 저작으로서의 『프린키피아』
    • 실험적 저작으로서의 『광학』 — 『광학』 말미의 31개 연구질문들: 내가 완성을 못했지만 후세인들이 광학 분야에서도 프린키피아 같은 걸 만들 수 있길 바래
      • 빛의 본성, 전기적, 자기적 현상의 원인, 공간을 채우는 에테르의 존재 가능성 등에 대한 사변적 논의
      • 장차 자연철학이 나아갈 방향에 관해 자신의 견해 피력
        • "중력 이외의 다른 종류의 힘"이 자연세계에 존재할 것이라 언급
        • "이러한 힘을 발견해내고, 그것에 작용하는 수학적인 법칙을 발견해내면 여러 자연현상을 규명해낼 수 있을 것이다!"
        • "다른 사람들에 의해 더 심오한 연구가 이뤄지길 바란다." → 실제로 쿨롱 들이 전자기력 발견, 맥스웰이 뉴턴이 역학에서 그리했듯 집대성
    • 뉴턴에 의해 완전히 결합되지는 못했지만, 수학과 실험의 통합은 향후 물리학 발전의 핵심으로 부상