사실 천체물리학을 공부하는데 기본적으로 알아야할것은 역학,전자기,통계정도이고 추가로 양자역학과 일반상대론까지 습득하셔야합니다.

헬로 가면 양자장론까지도 하셔야하고요.

사실 천체물리에서 다양한 현상이 일어나는지라 물리학공부는 선택이 아닌 필수입니다. 물론, 관측천문은 덜 하겠지만요.

그래서 천체물리를 공부하는데 필요한 지식들과 교재추천이라는 제목으로 글을 남깁니다.

1. 테크트리

(주) 일반물리학 및 현대물리학-역학 및 전자기학+수리물리학(매우중요)-양자 및 통계역학-일반상대론과 양자장론

(부) 1. 선형대수학 및 미분방정식 2. 프로그래밍(파이톤이 쉬워요) 3. classical field theory 

테크트리는 주와 부로 구성되어있습니다. 제가 물리과 학생인지라 진짜 액기스과목만 주로 나열했습니다.

(주)

1. 일반물리는 매우 중요한 기초를 다질 수 있는 과목입니다. 모든 이공계학생들에게 요구되는 가장 기본적이고 기초적인 소양입니다. 일반물리학은 매우 중요한데 역학,전자기학,양자역학,통계역학 고루 배울 수 있는 기회를 제공하며 맛뵈기로 고체,광학,핵,입자물리까지 다양한 분야를 다룹니다. 또한 현대물리는 양자,특수상대론의 일반물리버전이라고 생각하시면 됩니다. 여기서는 특수,양자에 대해 입문수준으로 다루며 고체,핵등을 일반물리에 비해서 자세히 배웁니다.(이건 교수님 성향에 따라 좌우됩니다.)

2. 역학

역학은 천체물리학과 오랜 인연을 지닌 물리과목입니다. 케플러운동 및 궤도역학을 다룰때 역학적 개념이 매우 중요하게 작용합니다. 일반물리학에서는 원형궤도만 다루지만 역학에서는 타원궤도까지 배우므로 천체물리학에서 더 중요하다고 할 수 있습니다. 또한 여기서 배우는 라그랑지안은 역학의 마스터키라고 불릴정도인데 우리가 라그랑지안만 잘 이용한다면 운동방정식을 매우 쉽게 구할 수 있습니다. (보존력장에서만 유효)

추천교재: marion, fowlers

3. 전자기학

전기와 자기를 다루는 학문입니다. 약간 오해의 소지가 있을 수 있는데 물리과에서 배우는 전자기학은 회로보다는 전자기적 현상을 더 중요하게 다룹니다. 이 과목은 괴랄한 (이라쓰고 망할 그린 베셀펑션이라고 읽는다) 특수미분방정식이 요구되므로 수리물리학을 먼저 공부하고 보시는것을 추천합니다. 전자기학에서는 맥스웰방정식이 마스터키입니다. 천체물리학에서의 용도는 매우 다양합니다. 전자가 가속될때 빛을 방출하는데 thermal과 nonthermal radiation이 있습니다. thermal은 bremsstrahalung과 연관되있고 non-thermal은 syncrotron radiation과 연관되어 있는데 이 부분이 전자기의 꽃이라고 생각합니다. 따라서 천체물리학에서 전자기가 매우 중요하다고 할 수 있습니다.

추천교재-griffith, jackson.

4. 수리물리학

수리물리학은 과목명은 물리학이지만 물리를 하는데 갓추어야할 가장 기본적인 수학스킬을 가르칩니다. 벡터, 미분연산자 (Grad,div,curl)등과 각종 특수함수, 그리고 라플라스 및 푸리에변환,텐서등에 대해서 배웁니다.

추천교재-아프켄(아프간?),boas

5. 양자역학

양자역학은 미시세계를 다루는 학문입니다. 미시세계에서 입자가 어떻게 행동하는지 확률을 이용하여 현상을 설명하는게 주된 특징입니다. 천체물리학에서도 많이 볼 수 있습니다. 예로들면 21cm의 수소선은 수소의 fine structure transition에 의해 발생하는데 이 경우 아인슈타인 A,B계수로 lifetime을 구할 수 있습니다. 여기서 내린 결론은 lifetime이 길지만 수소가 풍부하므로 우리가 21cm의 수소선을 많이 관측 할 수 있다는 것입니다. (time dependent schrodinger equation의 내용). 또한 지구 대기로 들어오는 radio wave중 가장 짧은 파장영역에서 물과 공기분자에 의한 rotational transition을 통해 흡수가 됩니다. 이 경우 양자역학적 각운동량 해밀토니안을 아는게 중요합니다. 마지막 예시로 천체물리에서 brightness temperature(같은 밝기를 내는데 필요한 온도)가 작아도 엄청 밝은 경우가 있습니다. 이 경우 maser라는 현상이 매우 중요한데 레이져물리학의 내용과 많은 연관이 있습니다.

추천교재-griffith,sakurai, riboff

6. 통계역학

통계역학은 열 및 통계물리학이라고도 불리며 열과 엔트로피등 열역학적인 내용과 그것을 통계적으로 해석하는 통계물리학을 배웁니다. 중성자별을 계산할때 페르미가스를 다뤄야하며 이 경우 양자통계역학이 중요하게 다뤄집니다. 또한 상대론적 가스와 black body radiation을 다룰때도 중요하게 등장합니다. 그리고 호킹복사에 대해서도 간단히 다루는데 이 경우 엔트로피가 매우 중요합니다. 그밖에 boltzmann saha eq, 별의 구조등을 다룰때도 통계역학적 방법이 중요합니다. 여기서 마스터키는 엔트로피와 partition function이라고 생각하는데 그 함수를 알고 잘만 미분해주면 온도 압력, 갯수, 에너지등을 구할 수 있습니다. 

추천교재-schroder(슈뢰더)<<-통계역학교재의 종결자. 자신있게 추천합니다. 

7. 일반상대론

일반상대론은 space-time에 대해 다루는데 이때 metric tensor, energy stress tensor, rimann curvature tensor같은 개념이 매우 중요합니다. 특수상대론에서는 metric tensor가 -1,1,1,1로 간단히 나타나지만 일반상대론에서는 그 텐서가 중력과 압력, 우주상수등과 연관되어 바뀝니다. 일반상대론에서 마스터키는 메트릭텐서라고 생각합니다. 그 이유는 space-time에 대해 조사를 해보면 metric tensor가 매우 중요한데 중력이 메트릭텐서를 변화시켜서 space-time을 변화시킵니다. 천체물리학에서의 쓰임새로는 매우 다양하며 어찌보면 천체물리학에서 가장 중요한 과목이라고 생각할 수 있습니다. 주로 gravitational redshift, gravitational lense, cosmology등에 쓰이고 있으며 제가 연구중인 분야로는 cosmology인데 cosmological constant가 어떻게 은하의 properties에 영향을 주는가에 대한 이론천문학 연구입니다.

8. 양자장론

양자장론은 양자역학의 특수상대론 버전이라고 생각하시면 쉽습니다. 사실 저도 학부생이라 맛뵈기로만 봐왔기때문에 자세히 말씀드리기는 곤란하지만 양자장론에서 물질과 반물질의 개념이 나왔고 이 개념이 호킹복사와 연관되어 있습니다. 디락방정식을 풀게되면 질량이 +-로 나오는 기괴한 말도안되는 클라스의 일이 벌어지는데, 근데 그것이 실제로 일어났습니다. 반물질의 개념이 도입되면서 전자와 양전자의 상호작용에 대해 이해 할 수 있게 되었고 이게 오늘날 PET라는 의학기기에 응용되고 있죠. 아까 말했듯이 클라인고든, 디락방정식을 주로 다룹니다.

추천교재-schroeder

(부)

1. 선형대수학과 미분방정식-공대에서 가장 중요한 과목이라고 생각됩니다만, 물리과나 천체에서도 매우 중요합니다. 이 개념을 잘 알고가지 못하신다면 헬게이트가 열릴것입니다. 순순히 알고가신다면 유혈사태는 일어나지 않을것입니다.

2.이론천문학 하실 분들이면 컴퓨터 다루는게 가장 중요합니다. (물론 관측도요) 이론물리학이 편한게 컴퓨터만 있으면 실험실 구성 끝입니다. 이때 주로 쓰는게 메트메티카, 파이톤이 있는데 파이톤 추천합니다. 파이톤+싸이썬+matplotlib+numpy 4개 모두 받으시고 프로그래밍공부 잘 하신다면 엄청난 재산이 될 것입니다. 하지만 단점으로는 긴 계산같은 경우 꽤 느려진다는 것이 있습니다.

3. CFT는 전자기학과 상대론을 다루는데 일반상대론과 비슷합니다. 이 부분도 텐서가 매우 중요하며 일반상대론을 (주)로 공부하시고 보조로 지원사격에 활용하면 든든합니다. 추천교재로는 란다우의 교재가 있습니다.

마지막으로 천체물리학에 대해 전반적인 지식을 얻고싶으신 분들은 LIGHTMAN의 radiative process in astrophysics라는 책을 보시길 권장합니다. (역,전,양,통,특상 다 공부하고 보세요. 안그럼 이해 못합니다)

최대한 쉽게 간단히 쓰려고 했는데 부족한 언어능력과 필력이 모잘라서 잘 쓰지는 못한거같네요.

천체물리학자를 꿈꾸시는 분들에게 도움이 되시길...