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암흑에너지가 존재해야하는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.우주의 가속팽창입니다. 1990년대 초반 천문학자들은 먼 은하의 밝기를 측정하여 우주의 팽창 속도를 계산했습니다. 그 결과 우주의 팽창 속도가 시간이 지남에 따라 점점 빨라지고 있다는 것을 발견했습니다.이러한 우주의 가속팽창을 설명하기 위해서는 중력이 우주를 끌어당기는 것보다 오히려 밀어내는 힘이 존재해야 합니다. 이러한 힘을 암흑에너지라고 부릅니다. 근거는 우주의 질량-에너지밀도입니다. 우주의 질량-에너지 밀도는 우주 전체의 질량과 에너지의 비율을 나타내는 물리량입니다.우주의 질량-에너지 밀도는 우주의 팽창 방식을 결정하는중요한 역할을 합니다. 질량-에너지 밀도가 높으면 우주는 수축하고 질량-에너지 밀도가 낮으면 우주는 팽창합니다.1990년대 초반 천문학자들은 우주의 질량-에너지 밀도를 측정했습니다. 그 결과 우주의 질량-에너지 밀도가 임계 밀도보다 작다는 것을 발견했습니다.임계 밀도란 우주가 평평하게 유지되는 데 필요한 질량-에너지 밀도입니다. 우주의 질량-에너지 밀도가 임계 밀도보다 작다는 것은 우주가 팽창하고 있다는 것을 의미합니다.우주의 질량-에너지 밀도는 우주를 끌어당기는 중력에 의해 감소하게 됩니다. 우주의 질량-에너지 밀도가 임계 밀도보다 작더라도 우주가 팽창하기위해서는 우주를 밀어내는 힘이 존재해야 합니다. 이러한 힘을 암흑에너지라고 부릅니다.이처럼 우주의 가속팽창과 우주의 질량-에너지 밀도 측정 결과는 암흑에너지의 존재를 암시합니다. 천문학자들은 암흑에너지가 존재한다는 가정 하에 우주의 구조와 진화를 연구하고 있습니다.암흑에너지는 아직 직접 관측되지않았기 때문에 그 정체는 아직 미스터리로 남아 있습니다. 암흑에너지의 정체를 밝히기 위해서는 암흑에너지의 성질을 이해할 수 있는 새로운 관측 기술과 이론적 연구가 필요합니다.답변이 마음에 드신다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다.
학문 / 전기·전자
24.01.20
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엔트로피는 왜 증가하나요???
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.엔트로피는 어떤 계의 무질서 정도를측정하는 물리량입니다. 엔트로피가 증가한다는 것은 그 계가 더 무질서해진다는 것을 의미합니다.엔트로피가 왜 무조건 증가해야하는지에 대한 과학적인 합의는 아직 없습니다. 열역학 제2법칙은 고립된 계의 엔트로피는 항상 증가한다는 법칙입니다. 고립된 계란 외부와 에너지나 물질이 교환되지 않는 계입니다.확률적 설명은 고립된 계의 상태는 무수히 많은 가능한 상태 중 하나에 해당한다는 점을 바탕으로 합니다. 이 중에서 엔트로피가 높은 상태가 훨씬더 많기 때문에 고립된 계의 엔트로피는 시간이 지남에 따라 증가할 수밖에 없다는 것입니다.에너지 분배의 설명은 고립된 계의 에너지는 항상 동일하게 분배된다는 점을 바탕으로 합니다. 높은 에너지와 낮은 에너지가 고르게 분포됩니다. 엔트로피가 높은 상태는 높은 에너지와 낮은 에너지가 고르게 분포된 상태입니다. 고립된 계의 엔트로피는 시간이 지남에 따라 증가할 수밖에 없다는 것입니다.엔트로피가 증가하는 것은 자연의방향이라는 관점도 있습니다. 자연은 항상 무질서한 상태로 향하는 경향이 있기 때문입니다.우주의 관점에서 엔트로피가 증가하는 이유는 다음과 같습니다.우주는 외부와 에너지나 물질이 교환되지 않는 고립된 계입니다. 열역학 제2법칙에 따라 우주의 엔트로피는 시간이 지남에 따라 증가할 수밖에 없습니다.우주는 계속해서 팽창하고 있습니다.팽창하는 우주는 더 큰 공간을 차지하게 됩니다. 에너지는 동일하게 분배되어야 하므로더 큰 공간을 차지하는 엔트로피가 높은 상태가 됩니다. 우주의 팽창은 엔트로피의 증가로 이어집니다.생명체는 음식을 먹고 에너지를 얻습니다.음식의 화학 에너지가 생명체의 생명 활동에 필요한 에너지로 전환됩니다. 화학 에너지는 엔트로피가 낮은 상태이지만생명 활동에 필요한 에너지는 엔트로피가 높은 상태입니다. 생명체의 활동은 엔트로피의증가에 기여합니다.특정 계의 엔트로피가 감소하더라도 전체 엔트로피는 증가할 수 있습니다. 얼음은 액체 상태보다 엔트로피가 낮지만얼음을 녹이면 액체 상태의 물과 수증기의 상태로 변하게 됩니다.액체 상태의 물과 수증기의 엔트로피는 얼음의 엔트로피보다 높기 때문에 전체 엔트로피는 증가하게 됩니다.이처럼 엔트로피는 우주의 방향을 결정하는 중요한 역할을 하는 물리량입니다.답변이 마음에 드신다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다.
학문 / 화학
24.01.20
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사계절이 있는 나라는 드문 편인가요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.네 사계절이 있는 나라는 드문 편입니다. 지구상의 약 20%의 나라만이 사계절을 가지고 있습니다. 사계절이 있는 나라의 특징은 다음과 같습니다.사계절이 있는 나라는 위도가 중위도에 위치하고 있습니다. 위도가 중위도에 위치하면 태양의 고도가 계절에 따라 달라지기 때문에 사계절이 나타납니다.사계절이 있는 나라는 대륙성 기후에 속하는 경우가 많습니다. 대륙성 기후는 바다와 멀리 떨어진 내륙에 위치하는 기후로 계절에 따라 기온의 변화가 큰 것이 특징입니다.사계절이 있는 나라 중에는 해양성 기후에 속하는 경우도 있습니다. 해양성 기후는 바다와 가까운 해안에 위치하는 기후로 계절에 따라 기온의 변화가 비교적 작은 것이 특징입니다.우리나라의 경우 위도가 중위도에 위치하고 있으며대륙성 기후에 속하기 때문에 사계절이 나타납니다. 우리나라의 사계절은 다음과 같이 구분됩니다.봄(3~5월) : 겨울의 추위가 풀리고 기온이 상승하기 시작합니다.여름(6~8월) : 기온이 가장 높고 일조 시간이 길어집니다.가을(9~11월) : 기온이 서서히 떨어지기 시작합니다.겨울(12~2월) : 기온이 가장 낮고 눈이 내리기도 합니다.우리나라는 동북아시아에 위치하고 있습니다. 동북아시아는 아시아 대륙의 동쪽 끝에 위치하고 있어 바다와 멀리 떨어져 있습니다. 대륙성 기후가 나타나며 사계절이 뚜렷합니다.우리나라에는 많은 산이 있습니다. 산악 지형은 기온의 변화를 줄이는 역할을 하지만 우리나라의 경우 산맥이 남북으로 길게 이어져 있어 기온의 변화가 더 커집니다. 사계절이 더욱 뚜렷하게 나타납니다.최근에는 지구 온난화로 인해 전 세계적으로 기후 변화가 나타나고 있습니다. 우리나라도 예외는 아니며 사계절의 구분이 뚜렷하지 않은 경우가 증가하고 있습니다.답변이 마음에 드신다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다.
학문 / 지구과학·천문우주
24.01.20
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생수의 맛 차이가 나는 원리가 궁금합니다
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.생수의 원수는 크게 지하수 암반수 빙하수 해수 등이 있습니다. 원수의 종류에 따라 물의 맛은 크게 달라질 수 있습니다.지하수는 암석층을 통과하면서 다양한 미네랄을 함유하게 되는데 이러한 미네랄의 함량에 따라 생수의 맛이 달라집니다. 암반수는 암석층에서 흘러나오는 물이므로 지하수에 비해 미네랄 함량이 높고 맛이 깔끔합니다. 빙하수는 오랜 시간동안 빙하에 갇혀 있었기 때문에 미네랄 함량이 낮고 순수한 맛을 가지고 있습니다. 해수는 바닷물에서 증발시킨 물을 말하는데 염분 함량이 높고 짜고 떫은 맛이 납니다.생수를 생산하는 과정에서 정제 방법에 따라 생수의 맛이 달라질 수 있습니다. 생수는 원수에 염소나 활성탄 등을 사용하여 정제합니다. 정제 방법에 따라 생수에 남아 있는 미네랄의 양이 달라지며 그 결과 생수의 맛이 달라집니다. 염소를 사용하여 정제한 생수는 염소의 냄새가 날 수 있으며 활성탄을 사용하여 정제한 생수는 숯의 냄새가 날 수 있습니다.생수를 저장하는 방법에 따라 생수의 맛이 달라질 수 있습니다. 생수를 장기간 저장하면 산소와 접촉하여 산화되며 맛이 변할 수 있습니다. 생수를 직사광선에 노출하면 맛이 변할 수 있습니다. 생수를 보관할 때는 산소와 직사광선을 차단하여 맛이 변하지 않도록 하는 것이 중요합니다.개인의 선호도에 따라 생수의 맛이 달라질 수 있습니다. 어떤 사람은 깔끔하고 순수한 맛을 좋아하는 반면 어떤 사람은 미네랄이 풍부한 맛을 좋아합니다. 자신에게 맞는 생수를 선택하는 것이 중요합니다.답변이 마음에 드신다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다.
학문 / 화학
24.01.20
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진공상태에서 빛이 전파하는데 매질이 필요없는 이유가 무엇인가요
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.소리는 매질의 진동으로 전달되는 파동입니다. 소리가 전파되려면 매질의 입자들이 진동할 수 있어야 합니다. 매질이 없는 진공 상태에서는 소리가 전달될 수 없습니다.빛은 전자기파의 일종입니다. 전자기파는 전기장과 자기장의 진동으로 전달되는 파동입니다. 전자기파는 매질의 진동 없이 전기장과 자기장의 진동만으로 전파될 수 있습니다. 매질이 없는 진공 상태에서도 전자기파는 전파될 수 있습니다.소리와 빛의 차이점은 전파 방식에 있습니다. 소리는 매질의 진동으로 전파되지만 빛은 전기장과 자기장의 진동으로 전파됩니다. 매질이 없는 진공 상태에서는 소리가 전달되지 않지만 빛은 전달될 수 있습니다.좀 더 자세히 설명하면 소리는 매질의 원자나 분자가 진동하면서 에너지를 전달합니다. 매질의 원자나 분자는 진동 방향과 수직으로 진동합니다. 매질의 진동이 없으면 소리가 전달될 수 없습니다.반면 빛은 전기장과 자기장의 진동으로 전파됩니다. 전기장과 자기장은 서로 수직으로 진동합니다. 전기장과 자기장의 진동만으로도 빛이 전파될 수 있습니다.빛이 매질 없이 전파될 수 있는 이유는 전기장과 자기장이 서로 영향을 미치며 그 결과 전기장과 자기장의 진동이 전파되기 때문입니다.답변이 마음에 드신다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다.
학문 / 전기·전자
24.01.20
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과학 기술원은 무슨일을 하는 기관인가요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.과학기술원은 대한민국의 과학기술정보통신부 산하 이공계 연구중심대학입니다. 한국과학기술원(KAIST) 광주과학기술원(GIST) 대구경북과학기술원(DGIST) 울산과학기술원(UNIST) 총 4곳이 존재합니다.과학기술 분야의 우수한 인재를 양성하기 위해 학부 대학원 석박사 과정을 운영하고 있습니다. 과학기술 분야의 기초 및 응용 연구를 수행하여 새로운 지식과 기술을 개발하고 있습니다.연구 성과를 산업 현장에 이전하고 사업화하기 위해 노력하고 있습니다.과학기술원은 과학기술 발전에 기여하기 위해 다양한 연구와 교육 활동을 수행하고 있습니다. 과학기술 분야의 기초 연구에 중점을 두고 있으며 이를 통해 새로운 지식과 기술을 창출하고 있습니다. 연구 성과를 산업 현장에 이전하여 경제 발전에 기여하고 있습니다.과학기술원은 유튜브에서 과학 영상을 통해 과학기술의 중요성과 과학기술인의 역할에 대한 정보를 제공하고 있습니다. 과학기술 분야의 다양한 연구 성과를 소개하여 과학기술에 대한 국민의 관심을 높이고 있습니다.인공지능 빅데이터 사물인터넷 등 4차 산업혁명 관련 기술을 연구합니다.신소재 나노기술 바이오기술 등 미래 신기술을 연구합니다. 에너지 환경 기후변화 등 지속 가능한 발전 관련 기술을 연구합니다.과학기술원은 이러한 연구 분야에서 세계적인 수준의 연구 성과를 도출하고 있으며 이를 통해 대한민국의 과학기술 경쟁력 강화에 기여하고 있습니다.답변이 마음에 드신다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다.
학문 / 지구과학·천문우주
24.01.20
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수평선이 둥글게 보이는 이유는 무엇 때문인가요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.수평선이 둥글게 보이는 이유는 대기의 굴절 현상 때문입니다. 대기는 빛을 굴절시키는 성질을 가지고 있습니다. 빛이 공기를 통과할 때 공기의 밀도에 따라 굴절되는 정도가 달라집니다. 공기의 밀도는 고도가 낮을수록 높습니다. 산이나 높은 건물에 올라가거나 먼 바다를 바라볼 때 수평선 너머의 물체는 눈에서부터 멀어질수록 공기를 통과하는 거리가 길어집니다. 그 결과 공기의 밀도에 따른 굴절 효과가 더 커져서 수평선이 둥글게 보이는 것입니다.수평선이 둥글게 보이는 정도는 대기의 상태와 보는 사람의 눈높이에 따라 달라집니다. 대기의 밀도가 높을수록 보는 사람의 눈높이가 낮을수록 수평선이 더 둥글게 보입니다.수평선이 둥글게 보이는 현상은 지구가 둥글다는 것을 증명하는 증거 중 하나로 사용되기도 합니다. 지구가 평평하다면 수평선은 어디에서 보더라도 일자로 보일 것입니다.답변이 마음에 드신다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다.
학문 / 지구과학·천문우주
24.01.20
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나이테가 없다고 하는 대나무는 왜 나이테가 없는 나무일까요.
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.나무의 나이테는 매년 봄과 가을에 나무의 줄기 안쪽에서 형성되는 나무 고리입니다. 봄에는 나무가 활발하게 성장하면서 넓은 나무 고리가 형성되고 가을에는 나무의 성장이 둔화되면서 좁은 나무 고리가 형성됩니다. 나무 고리의 넓이와 수를 통해 나무의 나이를 추정할 수 있습니다.대나무는 외떡잎식물에 속하는 식물입니다. 외떡잎식물은 나무와 달리 형성층이 없습니다. 형성층은 나무의 줄기와 가지의 겉 부분에 위치한 세포층으로 나무의 성장과 발달에 중요한 역할을 합니다. 형성층이 없기 때문에 대나무는 나이테를 형성할 수 없습니다.대나무는 일반적으로 풀로 분류되지만 나무와 유사한 특징을 많이 가지고 있습니다. 대나무는 나무와 마찬가지로 섬유질이 풍부하고 목재로 사용될 수 있습니다. 대나무는 나무와 마찬가지로 뿌리 줄기 가지 잎을 가지고 있습니다.대나무는 풀과 나무의 중간 형태의 식물로 볼 수 있습니다. 대나무는 나이테가 없는 특징을 가지고 있습니다.답변이 마음에 드신다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다.
학문 / 생물·생명
24.01.20
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전기 자동차가 왜 더 가속력이 좋나요?
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.전기 모터는 내연기관보다 토크가 높습니다. 토크는 자동차가 가속할 때 필요한 회전력을 나타내는 값으로 토크가 높을수록 가속력이 좋습니다. 전기 모터는 내연기관과 달리 기계적인 변속기가 필요하지 않습니다. 전기 모터는 내연기관보다 더 높은 토크를 낼 수 있습니다.둘째 전기 모터는 즉각적인 출력을 낼 수 있습니다. 내연기관은 공기를 흡입하고 연료를 연소하고 배기하는 과정을 거쳐 출력을 냅니다. 이 과정에서 시간이 소요되기 때문에 내연기관 자동차는 가속할 때 약간의 지연이 발생합니다. 전기 모터는 전기를 공급받는 즉시 출력을 낼 수 있습니다. 전기 자동차는 가속할 때 즉각적인 반응을 보여줍니다.구체적인 예를 들어 설명하면 제로백을 비교해보면 전기 자동차는 가솔린 차량보다 약 2~3초 정도 빠른 경우가 많습니다. 테슬라 모델 3의 제로백은 3.1초인 반면BMW M5의 제로백은 3.4초입니다.전기 자동차의 가속 성능은 향후 더욱 개선될 것으로 예상됩니다. 전기 모터의 효율이 향상되고 배터리 용량이 증가하면 전기 자동차의 가속 성능은 더욱 좋아질 것입니다.답변이 마음에 드신다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다.
학문 / 전기·전자
24.01.20
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지구에 자기장이 왜 있는지 궁금합니다.
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.지구의 자기장은 지구의 내부에서 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 지구의 내부는 철과 니켈로 이루어진 액체 상태의 외핵으로 이루어져 있습니다. 외핵은 지구의 중심부에서부터 약 5100km 지점까지 이어져 있습니다.이 지역의 온도는 약 4000도에서 6000도 정도입니다. 이 정도의 온도에서는 철이 액체 상태로 존재할 수 있습니다.지구의 자기장은 외핵에서 발생하는 전류에 의해 생성됩니다. 외핵은 지구의 자전에 의해 회전하고 있습니다. 이 과정에서 외핵 내부의 철이 서로 마찰을 일으켜 전류가 발생합니다. 이 전류는 지구의 내부에서 흐르면서 지구의 자기장을 형성합니다.지구의 자기장은 지구의 생명체를 보호하는 데 중요한 역할을 합니다. 지구의 자기장은 태양으로부터 오는 방사선을 차단하여 지구의 생명체를 보호합니다. 지구의 자기장은 태양풍으로부터 오는 전하 입자를지구 표면으로부터 밀어내어 지구의 대기와 지표면을 보호합니다.지구의 자기장은 시간이 지남에 따라 변합니다. 지구의 자기장은 약 20만 년 주기로 역전되는 것으로 알려져 있습니다. 지구의 자기장이 역전되면 나침반의 북극이 현재의 남극을 가리키게 됩니다.지구의 자기장이 역전되는 이유에 대해서는 아직 정확하게 밝혀지지 않았습니다.지구의 내부에서 발생하는 전류의 변화가 지구의 자기장 역전에 영향을 미치는 것으로 추정됩니다.지구의 자기장은 지구의 생명체와 지구의 환경을 보호하는 데 중요한 역할을 하는 중요한 현상입니다.답변이 마음에 드신다면 좋아요와 추천을 부탁드립니다.
학문 / 지구과학·천문우주
24.01.20
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