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쉬운 물리53

맺음말 - 천천히 그리고 꾸준히 약 세 달간, 고등학교 수준의 물리 가운데 역학 파트를 연재하였다. 만물의 이치인 물리에 관하여 누구나 이해할 수 있도록 가능한 쉽게 쓰고자 하였으나, 원체 쉽지 않은 내용이라 받아들이는 데 시간이 필요할 수 있다. 그러나 포기하거나 무리하지 않고, 매일 1~30분씩 한두 개의 포스팅을 보면 언젠가는 이해하리라 기대한다. 이해가 되지 않을 때엔 충분히 고민하고, 쉬었다가 다시 고민하자. 백 권의 책을 한 번씩 읽는 것보다 한 권의 책을 백 번 읽는 것이 낫다는 말이 있듯, 시간이 걸리더라도 오래 보고, 오래 고민하자. 물리를 탐구하며 고민한 시간이 삶에서 유익한 자양분이 되기를 바라며, 이번 연재를 마친다. 2023. 8. 5.
우주론과 기본 상호 작용(7) : 기본 입자 다음으로, 기본 입자에는 렙톤(경입자)과 쿼크가 있다. 먼저, 가벼운 입자라는 뜻의 경입자(렙톤)에는 총 6가지가 있는데, 3가지는 전하를 가지고 나머지는 가지지 않는다. 자세한 특성은 아래 표와 같다. 마찬가지로, 쿼크에도 총 6가지가 있는데, 3가지는 (+2/3)의 전하를 가지고, 나머지는 (-1/3)의 전하를 가진다. 기본적으로 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자는 세 개 쿼크의 조합으로 이루어진다. 자세한 특성은 아래 표와 같다. 2023. 8. 3.
우주론과 기본 상호 작용(6) : 매개 입자 이렇듯 미시 세계에 관한 관측이 발전을 하면서 기본 입자라는 개념도 정립되기 시작했고, 원자가 ‘양성자, 중성자, 전자’로 구성되어 있다는 사실을 알 수 있었다. 관측 기술이 점점 더 발전하면서 입자 가속기를 통해 미국의 물리학자인 겔만은 ‘표준 모형’을 만들었는데, 표준 모형은 물질을 구성하는 기본 입자와, 입자 사이의 상호 작용을 매개하는 매개 입자로 나누어져 있다. 네 가지의 기본 상호 작용은 매개 입자에 의해 일어나며 이는 다음 표와 같다.(표에서와 같이 중력에 관한 매개 입자인 중력자는 아직 발견되지 않았다.) 최근, 물리학자들은 이러한 네 가지 기본 힘들을 하나의 힘으로 설명하려는 통일장 이론을 연구하고 있다. 통일장 이론은 아직 완성되지 않았지만, 우주 초기에 네 가지 기본 힘들이 하나의 형.. 2023. 8. 1.
우주론과 기본 상호 작용(5) : 기본 상호 작용과 표준 모형 기본 상호 작용이란 우주의 가장 단순한 입자가 서로 상호 작용 하는 방식을 뜻하며, 다음과 같이 크게 네 가지가 있다. (힘의 세기는 중력 2023. 7. 30.
우주론과 기본 상호 작용(4) : 급팽창 이론과 가속 팽창 이론 정리하면, 프리드먼이 아인슈타인의 상대성 이론을 바탕으로 세 가지 우주 모형을 제시하였고, 이를 통해 가모가 대폭발 우주론을 세웠다. 이후, 이를 뒷받침하는 증거로 적색 편이 현상과 우주 배경 복사가 관측되었고, 이로써 대폭발 우주론이 정립되었다. 이후, 대폭발 우주론은 한계점을 가지게 되었는데, 단순한 대폭발이라면 우주의 팽창은 점점 느려지게 될 것이고(커지는 풍선을 떠올리면 된다.), 언젠가는 우주가 거의 팽창하지 않게 될 것이라는 주장이었다. 이는 여러 관측 결과인 평평한 우주 모형과 우주가 엄청나게 크다는 것을 설명할 수 없었고, 이를 보완하고자 급팽창 이론과 가속 팽창 이론이 등장하였다. 먼저 급팽창 이론이란, 대폭발 후 우주가 아주 급하게 팽창하였다는 이론으로, 이로 인해 지금처럼 매우 큰 우.. 2023. 7. 28.
우주론과 기본 상호 작용(3) : 빅뱅 이론의 증거 그 뒤로 미국의 천문학자 허블은 천체 망원경으로 은하의 운동을 관찰하다가 은하의 적색 편이 현상을 발견하였는데, 이는 은하가 팽창하고 있음을 뒷받침하는 중요한 발견이었다.(여기서 적색 편이 현상이란, 빛이 점점 멀어질 때, 관측되는 빛의 파장이 길어지는 효과로, 멀어지는 별에서 나오는 스펙트럼선이 전반적으로 파장이 긴 적색 쪽으로 쏠리는 현상을 의미한다.) 이로부터 허블은 ‘우리 은하로부터 멀리 떨어진 은하들의 후퇴 속도는 우리 은하로부터 떨어진 거리에 비례한다.’는 허블 법칙을 만들었고 수식으로는 다음과 같이 표현한다. 여기서 r은 우리 은하로부터 다른 은하까지의 거리이고, v는 다른 은하가 멀어지는 속력을 뜻한다. H0는 허블 상수라고 말하지만, 사실은 상수가 아니라 그 값이 계속 변한다. 이러한 허.. 2023. 7. 26.
우주론과 기본 상호 작용(2) : 빅뱅 이론 지금부터 현대의 우주론에서 가장 설득력을 얻고 있는 대폭발(Big Bang) 우주론에 대해 알아보자. 대폭발 우주론이란, 과거 어느 시점에 우주의 모든 질량과 에너지가 한 점에서 폭발하여 팽창하면서 우주와 시공간이 생겼다는 우주론이다. 아인슈타인의 상대성 이론이 등장한 이후, 현대 물리학은 큰 변화를 맞이하게 된다. 시공간의 구조나 시간적 흐름을 새로운 시각으로 바라보기 시작하면서, 우주에 대한 해석 또한 변하게 되었다. 러시아의 물리학자 프리드만은 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 최초로 우주에 적용하여 우주에 대한 새로운 해석을 이끌어냈는데, 크게 세 가지 형태의 우주가 가능하다고 제안하였다.(현대의 우주는 평평한 우주이면서, 축소되지 않을 정도로만 가속 팽창하고 있다고 관측된다.) 닫힌 우주 : 팽창.. 2023. 7. 24.
우주론과 기본 상호 작용(1) : 우주론 긴 시간을 들여 상대성 이론에 대해 알아보으니 이제 조금 가벼운 마음으로 우주론에 대해 알아보자. 우주론은 우주의 기원, 구조, 진화, 종말 등을 연구하는 분야로, 우주를 이해하기 위해서는 우주론을 알아야 한다. 마술 우주론 : 원시시대에는 우주가 워낙 종잡을 수 없다보니 우주를 마술이라고 생각하였다. 신화 우주론 : 시간이 흘러 문명이 발전함에 따라, 우주를 조금 더 정교한 시각으로 보기 시작하였고, 우주와 관련된 신화를 만들어내기 시작했다. 기하학적인 우주론 : 고대 그리스에서는 본격적으로 관찰과 실험을 통해 우주 법칙을 발견하고자 하였는데, 이 때부터 과학적 우주론이 시작되었다고 말한다. 인간 중심 우주론 : 마침내 중세 시대에 와서는 프톨레마이오스의 ‘천동설‘에 기반한 우주론이 확립되었다. 현대 .. 2023. 7. 22.
일반 상대성 이론(5) : 블랙홀 마지막으로 블랙홀에 관해 알아보자. 블랙홀이란 질량이 너무 커서 빛조차도 빠져 나오지 못하는 천체를 뜻하는데, 중력이 너무 큰 나머지 공간의 왜곡이 심하게 일어난다. 일반 상대성 이론에 의하면 블랙홀의 중심에 갈수록 중력이 커지기 때문에 시간이 팽창한다.(느려진다.) 그러다 어느 순간 시간이 멈춘 것처럼 보이는데 이것을 사건의 지평이라고 부른다. 블랙홀은 태양보다 3-4배 질량이 무거운 초신성이 붕괴될 때 형성되며, 블랙홀로 물질이 빨려 들어갈 때 매우 높은 온도로 가열되면서 방출하는 X선을 통해 블랙홀의 존재를 확인할 수 있다. 2023. 7. 20.

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