우주의 구조는 역학과 전자기학 위에 놓여 있는 것 처럼 보인다.

괴테의 희곡에 나오는 파우스트의 질문을 인용해서 " 이와 같은 기호를 정말로 하느님이 쓰셨을까 ?"

라고 볼츠만은 맥스월의 이론을 논하면서 자신의 생각을 암시했다. 역학과 전자기학이 비록 수많은 실험에 의해 확인되고 헤르쯔가 빛의 현상을 맥스웰의 방정식으로 설명할 수 있다고 증명했지만, 서로 조화롭지는 못했다.

이를 보완하기 위해  열역학이 나온다. Sadi Carnot (1796-1832) 의 증기기관에 관한 과학적 연구가 그 기원이다.

나중에는 Robert Mayer (1814-1878),  Hermann Von Helmholtz,  W.Thomson  등에 의해서 발견된 에너지 보존법칙으로 완성된다.  이것은  R.Clausius에 의해서 체계화 되었다. 분명한 두 가지의 결론, 즉 에너지 무한정인 기관 제조 불가, 일정한 온도하에서 있는 열원으로부터 열을 뽑아 전부 역학적 일로 바꿀 수 있는 기관 제조 불가 .

열역학은 그 가정들이 확실한만큼 틀림없는 것이다. Max Planck 와 Albert Einstein 도 열역학을 신임하고 물리학 이론을 세울 때면, 열역학을 확실한 기초로 세우고 시작했다.

가역성의 개념은 엔트로피의 개념을 써서 더 잘 정의 될 수 있고, 거시세계의 비가역성은 통계역학을 도입하여

 R. Clausius , Boltzmann , J.W. Gibbs  등에 의해 나타나게 되었다.

Planck 의 열역학은 흑체의 복사는 벽의 본질에는 무관하고 온도에만 의존한다는 것을 보여준다.

<E> = ( R/A)T=KT  여기서 <E>는 진동자의 에너지의 평균치이고, R은 1몰의 이상기체의 체적,온도,그리고 압력 사이의 관계식  PV=RT 에서 나오는 보편기체상수이다.  A는  아보가드로의 수로 1몰의 기체속에 들어있는 분자의 갯수를 말한다.  체적 V속에  있는 한개의 분자에 대해서는 PV=RT가 된다.

U(v, T)=      ........    S= k log W   ......   e= hv ....     h는 새로운 보편상수 hv는 에너지 양자로 유한한 값이다.

조화진동자 (Harmonic  Oscillator ) 는 고전역학과 전자기학이 가르치는데로 아무런 값이나 가질 수 있는 것이 아니고 , hv의 정수배(整數倍)만의 불연속적인 값을 가진다.

결과는 혁명적이었다. 실험적 증거는 확실하고 정확하며 구체적인 것이었다.

1931년에 미국의 물리학자 R.W.Wood 가 어떻게 해서 양자론과 같은 믿기 어려운 것을 발견하게 되었는가라고

Planck 에게 질문한 적이 있었다.  Planck 는 다음과 같이 대답했다.  "그것은 이를테면 절대절명의 행위였습니다. 6년동안 나는 흑체문제와 씨름했습니다. 그 문제가 기본적인 것이며 그 해답도 알고 있었습니다. 열역학 두개의 보존법칙만은 희생시키지 않으면 무슨 댓가라도 치루어야 했습니다. 고전이론과 기본적인 양자를 어떻게 조화시켜 보려는 나의 헛된 노력은 몇년인가 걸렸고 나의 혼신의 노력을 퍼부었다. 많은 동료들은 이것은 하나의 비극이라고 보고 있었다. 왜냐하면 이 연구에서 나온 나의 생각을 깊이있게 설명한 것은 나에게는 아주 중요한 일이기 때문이다. 지금은 내가 처음에 생각했던 것보다는 작용양자가 더 기본적인 의미를 가지고 있다는 것을 확실히 알고 있다. "  <Armin  Hermann, The Genesis of Quantum Theory (MIT Press, 1971), P.23 >

X선에서 쿼크까지 ,에미리오 세그레 , 박병소  1994. 교통신문