답변 내역

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.세라믹이 높은 온도에서 성질을 잘 유지하는 비밀은 원자들이 결합한 방식에 있어요. 이 결합이 워낙 강력해서 웬만한 열로는 흐트러지지 않거든요. 다른 재료와 비교하면서 풀어볼게요.먼저 세라믹의 원자 결합부터 보면, 세라믹은 주로 이온결합과 공유결합으로 원자들이 묶여 있어요. 이 두 결합은 자연계에서 가장 강한 축에 드는 결합이에요. 원자들이 서로를 아주 단단히 붙잡고 있어서 떼어내려면 엄청난 에너지가 필요해요. 온도가 올라간다는 건 원자들이 열을 받아 더 심하게 진동한다는 뜻인데, 세라믹은 결합이 워낙 강하다 보니 고온에서 원자가 진동해도 제자리를 쉽게 벗어나지 않아요. 그래서 아주 높은 온도까지 형태와 강도를 유지하는 거예요. 녹는점이 금속보다 훨씬 높은 경우가 많은 것도 이 때문이고요.금속과 비교하면 차이가 분명해져요. 금속은 자유전자가 원자들 사이를 돌아다니며 결합을 이어주는 구조예요. 이 결합은 적당히 유연해서 가공하기 좋다는 장점이 있지만, 온도가 올라가면 결합력이 약해져서 물러지고 변형되기 쉬워요. 쇠를 빨갛게 달구면 휘어지는 게 이 때문이에요. 반면 세라믹은 고온에서도 단단함을 유지해서, 금속이 물러지는 온도에서도 끄떡없어요. 제트엔진 내부나 우주선 표면처럼 극한의 열을 견뎌야 하는 곳에 세라믹이 쓰이는 이유예요.여기에 더해 세라믹은 열을 잘 견디는 또 다른 성질들이 있어요. 첫째로 화학적으로 안정적이에요. 세라믹은 이미 산화물이나 질화물 형태로 결합이 완성된 상태인 경우가 많아서, 고온에서 산소를 만나도 더 이상 반응하지 않아요. 금속이 뜨거운 환경에서 산화되어 녹슬거나 부식되는 것과 대조적이에요. 둘째로 열을 잘 전달하지 않는 단열 성질을 가진 세라믹이 많아요. 그래서 열을 차단하는 방열 타일이나 단열재로도 쓰여요. 우주왕복선이 대기권에 재진입할 때 표면이 수천 도까지 달궈지는데, 세라믹 타일이 그 열이 내부로 전달되는 걸 막아주는 거예요.다만 세라믹에도 약점이 있어요. 결합이 너무 단단해서 유연성이 없다는 거예요. 금속은 충격을 받으면 휘어지면서 버티는데, 세라믹은 휘지 못하고 한계를 넘으면 쩍 깨져버려요. 도자기 그릇이 떨어지면 산산조각 나는 것과 같아요. 단단함과 잘 깨지는 성질은 동전의 양면 같은 거라, 강한 결합이 고온 안정성을 주는 대신 충격에는 취약하게 만드는 거예요. 그래서 실제 고온 부품에는 세라믹의 약점을 보완하려고 금속과 섞거나 특수한 구조로 보강해서 쓰는 경우가 많아요.정리하면 세라믹이 고온에 강한 건 이온결합과 공유결합이라는 강력한 원자 결합 덕분이에요. 이 결합이 높은 온도에서도 원자를 단단히 붙잡아 형태를 유지시키고, 화학적으로 안정적이라 산화도 잘 안 되거든요. 잘 깨진다는 약점만 보완하면 극한의 열 환경에서 금속이 못 하는 역할을 해내는 귀한 재료랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.먼저 TPU가 뭔지부터 짚고, 두 재질을 비교해드릴게요.TPU는 열가소성 폴리우레탄이라는 소재예요. 영어 이름의 앞글자를 딴 약자인데, 쉽게 말하면 고무처럼 말랑하면서도 플라스틱처럼 질긴 성질을 동시에 가진 재질이에요. 휴대폰 투명 케이스나 운동화 밑창, 의료용 튜브에도 많이 쓰여요. 탄력이 있어서 잘 찢어지지 않고 충격에도 강한 게 특징이에요. 도마로 만들면 적당히 단단하면서도 칼이 닿을 때 약간의 탄성이 있어서 칼날을 덜 상하게 해줘요.이제 위생과 안전 측면에서 두 재질을 비교해볼게요. 결론부터 말하면 칼질을 많이 하는 도마 용도로는 TPU가 위생적으로 조금 더 유리한 편이에요.가장 큰 차이는 칼자국이에요. 실리콘은 TPU보다 무른 편이라 칼질을 반복하면 표면에 칼자국이 깊게 패기 쉬워요. 도마에서 위생 문제가 생기는 주된 원인이 바로 이 칼자국이거든요. 홈이 파이면 그 틈에 음식물 찌꺼기와 수분이 끼고, 거기서 세균이 번식하기 좋은 환경이 만들어져요. TPU는 실리콘보다 단단하고 질겨서 칼자국이 덜 생기고, 그만큼 세균이 숨을 틈도 적어요. 표면이 매끈하게 유지되니 세척도 깔끔하게 되고요.내열성 면에서는 실리콘이 더 강해요. 실리콘은 200도가 넘는 고온에서도 잘 견디는 반면, TPU는 열에 상대적으로 약해서 뜨거운 냄비를 직접 올리거나 끓는 물로 소독할 때 주의가 필요해요. 그래서 TPU 도마는 식기세척기나 열탕 소독이 가능한지 제품 표시를 꼭 확인하시는 게 좋아요. 다만 도마는 보통 칼질하는 용도지 가열하는 용도는 아니니까, 일상 사용에서는 이 차이가 크게 문제되진 않아요.안전성 측면에서는 둘 다 식품용 등급으로 만들어진 제품이라면 유해 물질 걱정은 크게 안 하셔도 돼요. 다만 둘 다 출처가 불분명한 저가 제품은 피하시는 게 좋아요. 식품용 인증을 받지 않은 제품은 가소제 같은 첨가물이 녹아 나올 수 있거든요. 구입하실 때 식품 접촉 안전 인증이 있는지 확인하시면 안심하고 쓸 수 있어요.정리하면 칼질이 많은 도마로는 칼자국이 덜 생기는 TPU가 위생 관리에 조금 더 유리하고, 실리콘은 열에 강한 게 장점이에요. 어느 쪽을 고르시든 식품용 인증 제품을 고르고, 쓰고 난 뒤 잘 말려서 보관하는 게 위생의 핵심이랍니다. 사실 재질보다 더 중요한 건 사용 후 완전히 건조시키는 습관이거든요. 물기가 남아 있으면 어떤 재질이든 세균이 번식하기 쉬우니까요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.정말 깊이 파고드셨네요. 떠올리신 타임워프 스캔 비유는 직관적으로는 멋진데, 양자역학의 실제 그림과는 결정적으로 어긋나는 지점이 있어요. 그 차이를 짚는 게 이 질문들의 핵심이라 하나씩 풀어볼게요.먼저 고체가 파동이라는 말부터요. 모든 물질은 파동의 성질을 가져요. 전자도 원자도, 그것들로 이루어진 고체도요. 이걸 물질파라고 하는데, 입자라고 생각했던 것들이 동시에 파동처럼 퍼지고 간섭하는 성질을 보인다는 뜻이에요. 그런데 여기서 중요한 게 있어요. 물질파의 파장은 물체가 무거울수록, 빠를수록 짧아져요. 전자처럼 가벼운 입자는 파장이 충분히 길어서 파동성이 실험으로 또렷이 드러나요. 반면 고체 덩어리처럼 무거운 물체는 파장이 상상도 못 할 만큼 짧아서 현실에서는 절대 관측되지 않아요. 그래서 고체가 파동이라는 건 원리적으로는 맞지만 거시 세계에서 출렁이는 파동으로 보인다는 뜻은 아니에요.이제 가장 핵심인 부분이에요. 떠올리신 그림은 매 순간 관찰이 위치를 확정시키고 그 확정이 연속으로 이어진다는 거죠. 타임워프 스캔처럼 관찰선이 훑고 지나가며 상태를 고정한다는 발상인데, 여기에 두 가지 오해가 있어요.첫 번째 오해는 관찰하지 않으면 물체가 흐릿한 중첩 상태로 출렁인다는 부분이에요. 거시적인 고체가 또렷한 위치를 갖는 건 우리가 관찰해서가 아니에요. 여기서 결어긋남이 등장해요. 찾아보셨다니 반가운데, 결어긋남이 바로 이 질문의 답이에요. 고체 같은 큰 물체는 끊임없이 주변의 공기 분자, 빛, 열과 부딪혀요. 이 무수한 상호작용 하나하나가 사실상 측정처럼 작용해서 물체의 중첩 상태를 순식간에 풀어버려요. 인간이 눈으로 보든 안 보든, 주변 환경과 얽히는 것만으로 이미 중첩이 깨지는 거예요. 그래서 거시 물체는 관찰자가 없어도 늘 또렷한 상태로 존재해요. 의식적인 관찰이 필요한 게 아니라 환경과의 접촉이 그 역할을 하는 거죠.두 번째 오해는 매 순간 확정됐다가 다음 순간 다시 중첩되고 또 확정되는 반복 구조예요. 결어긋남의 관점에서 보면 거시 물체는 한 번 환경과 얽힌 뒤로는 사실상 계속 또렷한 상태를 유지해요. 출렁이다 멈추다를 반복하는 게 아니라, 너무 빠르고 지속적으로 환경과 상호작용해서 애초에 출렁일 틈이 없는 거예요. 타임워프 스캔처럼 정지된 부분과 움직이는 부분이 공존하는 그림과는 달라요. 고체는 거의 항상 정지선 위쪽, 즉 확정된 쪽에 있는 셈이에요.마지막 질문이 정말 좋아요. 관찰이 광자가 부딪히는 순간이냐, 망막에 닿는 순간이냐. 이건 양자역학 해석의 가장 뜨거운 쟁점인 측정 문제의 핵심이에요. 결어긋남의 관점에서 답하면 결정적인 순간은 광자가 고체에 부딪혀 그 정보가 환경으로 퍼지는 순간이에요. 인간의 망막이나 의식은 필요하지 않아요. 광자가 물체와 상호작용해서 물체의 정보를 담은 채 사방으로 흩어지는 순간, 이미 중첩은 풀린 거예요. 그 뒤에 그 광자가 망막에 닿아 내가 인식하든 안 하든, 양자역학적으로는 이미 결판이 난 상태예요. 그러니까 관찰자의 눈이 상태를 확정시킨다는 그림보다, 물리적 상호작용이 정보를 환경에 새기는 순간 확정된다고 보는 게 현대적인 이해에 가까워요.정리하면 고체도 파동성을 갖지만 너무 무거워 파장이 관측 불가능할 만큼 짧고, 거시 물체가 또렷한 건 관찰 때문이 아니라 환경과의 끊임없는 결어긋남 때문이에요. 매 순간 중첩과 확정을 반복하는 게 아니라 환경과 얽힌 순간 이후로 계속 확정된 상태를 유지하고요. 그리고 그 확정의 순간은 망막이 아니라 광자가 물체와 상호작용해 정보가 환경에 퍼지는 바로 그 지점이에요. 떠올리신 타임워프 비유는 의식적 관찰이 실재를 만든다는 옛 해석에는 어울리지만, 결어긋남이 보여주는 그림은 관찰자 없이도 세상이 스스로 또렷해진다는 쪽이랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.질문이 여러 갈래라 하나씩 차근차근 짚어드릴게요.먼저 밀어내는 힘과 당기는 힘 중 뭐가 더 강하냐는 질문인데, 같은 거리에서 같은 자석이라면 두 힘의 크기는 똑같아요. 같은 극끼리 마주 보면 밀어내고 다른 극끼리 마주 보면 당기는데, 그 힘의 세기 자체는 차이가 없어요. 거리가 같고 자석의 세기가 같다면 미는 힘과 당기는 힘은 정확히 대칭이거든요.다만 실제로 만져보면 당기는 힘이 더 세게 느껴질 때가 있어요. 이건 당기는 힘이 원래 더 강해서가 아니라, 끌어당길 때는 두 자석이 서로 점점 가까워지기 때문이에요. 자석의 힘은 거리가 가까워질수록 급격히 강해지거든요. 그래서 당길 때는 둘이 딱 붙는 순간 엄청나게 세게 느껴지고, 밀어낼 때는 서로 멀어지려 하니까 거리가 벌어지면서 힘이 약해지는 것처럼 느껴지는 거예요. 힘 자체의 크기가 다른 게 아니라 거리 변화 때문에 생기는 착시 같은 거랍니다.다음으로 자석의 극에 대한 질문이에요. 막대자석에 N과 S라고 적힌 건 자석의 두 극을 뜻해요. N은 북극, S는 남극이에요. 플러스 마이너스로 표시된 것도 같은 의미로 쓰기도 하는데, 정확히는 전지의 플러스 마이너스와 자석의 N S는 다른 개념이에요. 자석은 항상 N극과 S극이 짝을 이뤄요.그런데 여기서 정말 중요한 사실이 있어요. 자석은 아무리 모양이 복잡해도 N극과 S극, 이 두 극만 존재해요. 십자가 모양이든 구형이든 도넛 모양이든 마찬가지예요. 다만 모양에 따라 극이 어디에 위치하느냐가 달라질 뿐이에요. 막대자석은 양 끝에 극이 하나씩 있지만, 구형 자석이나 특수한 모양은 극의 배치를 다르게 설계할 수 있어요. 예를 들어 냉장고에 붙이는 고무자석은 한 면에 N극과 S극이 줄무늬처럼 여러 번 번갈아 배열돼 있어요. 그래서 한쪽 면만 잘 붙는 거예요. 모양이 복잡해지면 극이 여러 군데 나타날 수는 있지만, 결국 모든 극은 N 아니면 S 둘 중 하나예요.마지막으로 N S 말고 다른 극이 있냐는 질문인데, 답은 없어요. 자석에는 오직 N극과 S극 두 종류만 있어요. 게다가 더 신기한 건 이 둘을 떼어낼 수가 없다는 거예요. 막대자석을 반으로 자르면 N극만 따로 떨어질 것 같지만, 자르는 순간 잘린 면에 새로운 S극과 N극이 생겨서 양쪽 다 완전한 자석이 돼요. 아무리 잘게 쪼개도 항상 N과 S가 짝으로 나타나거든요. N극만 단독으로 존재하는 자석, 이걸 자기 홀극이라고 부르는데 이론적으로 가능한지 연구는 되고 있지만 아직 한 번도 발견된 적이 없어요. 그러니까 현재까지 우리가 아는 한 자석은 무조건 N극과 S극이 함께 있는 거랍니다.정리하면 미는 힘과 당기는 힘은 같은 조건에서 크기가 같고, 자석은 모양과 상관없이 N극과 S극 두 극만 가지며, 이 둘은 절대 분리되지 않아요. 모양이 아무리 특이해도 이 원칙은 변하지 않는다는 게 자석의 가장 근본적인 성질이랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.날개 없는 선풍기의 핵심은 사실 날개가 없는 게 아니라 날개를 밑받침 안에 숨겨놓은 거예요. 그리고 그 작은 바람을 몇 배로 뻥튀기하는 유체역학 원리가 더해져 있어요. 두 단계로 나눠서 풀어볼게요.먼저 공기를 빨아들이는 부분이에요. 기둥 밑받침 안에는 작은 모터와 임펠러라는 팬이 들어 있어요. 우리 눈에 안 보일 뿐이지 실제로는 여기서 공기를 빨아들이는 거예요. 밑받침 틈으로 주변 공기를 끌어들여서 위쪽 고리로 밀어 올리는 게 1단계예요. 여기까지는 평범한 선풍기와 비슷한데, 진짜 마법은 그다음부터예요.위쪽 둥근 고리를 자세히 보면 가느다란 틈이 둘레를 따라 나 있어요. 밑받침에서 올라온 공기가 이 좁은 틈으로 빠져나오는데, 좁은 곳을 통과하면 공기의 속도가 확 빨라져요. 호스 끝을 손가락으로 좁히면 물이 더 세게 뿜어지는 것과 같은 원리예요. 그래서 이 틈에서 아주 빠른 공기 막이 만들어져요.여기서 핵심 원리가 등장해요. 빠르게 흐르는 공기는 주변보다 압력이 낮아져요. 공기가 빠를수록 압력이 낮다는 건 유체역학의 기본 법칙인데, 비행기 날개가 뜨는 것도 같은 원리예요. 고리 틈에서 빠른 공기가 뿜어져 나오면 그 주변이 저기압 지대가 되고, 그러면 압력이 높은 바깥쪽 공기가 이 저기압 쪽으로 빨려 들어와요. 고리 뒤편에 있던 가만히 있던 공기가 빠른 기류에 끌려 함께 앞으로 흐르는 거예요.게다가 고리 단면이 비행기 날개처럼 비스듬한 경사 모양으로 설계돼 있어요. 틈에서 나온 빠른 공기가 이 경사면을 타고 흐르면서 주변 공기를 더 효율적으로 끌어당겨요. 그래서 밑받침에서 빨아들인 공기보다 훨씬 많은 양의 공기가 고리를 통과해 앞으로 나아가게 돼요. 제조사 설명에 따르면 처음 빨아들인 공기의 열다섯 배 이상까지 증폭된다고 해요. 작은 바람을 미끼로 던져서 주변의 거대한 공기 덩어리를 함께 끌고 나오는 셈이에요.이 끌어당김 효과를 유도와 동반이라고 불러요. 빠른 기류가 주변의 느린 공기를 유도해서 함께 데려간다는 뜻이에요. 분무기나 제트엔진도 비슷한 원리를 쓰는데, 적은 동력으로 큰 흐름을 만들어내는 영리한 방식이에요.날개가 겉으로 안 보이는 덕분에 생기는 장점도 있어요. 빠르게 회전하는 날개가 노출돼 있지 않으니 아이 손이 다칠 위험이 없고, 청소도 쉬워요. 또 일반 선풍기는 날개가 공기를 토막토막 끊어 치면서 바람이 끊기는 느낌과 소음이 나는데, 날개 없는 선풍기는 고리에서 연속적인 공기 막이 흘러나와서 바람이 더 부드럽고 균일하게 느껴져요. 모터와 팬이 밑받침 깊숙이 숨어 있어 소음도 상대적으로 조용하고요.정리하면 날개 없는 선풍기는 밑받침에 숨긴 팬으로 공기를 빨아들인 뒤, 고리의 좁은 틈으로 빠르게 분출시켜 주변을 저기압으로 만들고, 그 저기압이 바깥 공기를 끌어들여 바람을 몇 배로 증폭시키는 장치예요. 빠른 공기는 압력이 낮아진다는 단 하나의 원리가 이 모든 마법의 핵심이랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.두 이론의 이름에 담긴 일반과 특수의 뜻부터 잡으면 차이가 한눈에 들어와요. 흥미롭게도 우리가 일상에서 쓰는 어감과 반대라 헷갈리기 쉬운데, 여기서부터 풀어볼게요.먼저 이름의 의미예요. 보통 특수라고 하면 더 대단하고 일반이라고 하면 평범한 느낌이잖아요. 그런데 여기서는 반대예요. 특수상대성이론의 특수는 특수한 조건에서만 적용된다는 뜻이에요. 즉 적용 범위가 좁다는 거예요. 반면 일반상대성이론의 일반은 더 일반적인 상황, 그러니까 모든 경우에 두루 적용된다는 뜻이에요. 적용 범위가 넓은 거죠. 그래서 특수상대성이론은 일반상대성이론의 특별한 한 경우에 해당해요. 아인슈타인이 1905년에 특수를 먼저 발표하고, 10년 뒤인 1915년에 그걸 확장한 일반을 완성했어요.특수상대성이론이 다루는 특수한 조건은 중력이 없고 가속하지 않는 상황이에요. 일정한 속도로 움직이는 세계만 다루는 거예요. 핵심 출발점은 빛의 속도가 누가 보더라도 항상 같다는 거예요. 보통 속도는 상대적이잖아요. 달리는 기차 안에서 공을 던지면 기차 밖 사람이 보기엔 공이 더 빠르죠. 그런데 빛은 아무리 빠르게 쫓아가도, 마주 보고 달려도 항상 똑같은 속도로 측정돼요. 이 이상한 사실을 받아들이면 놀라운 결론들이 따라 나와요.대표적인 게 시간 지연이에요. 빠르게 움직이는 물체는 시간이 느리게 흘러요. 빛에 가까운 속도로 우주여행을 다녀오면 나는 1년을 보냈는데 지구는 10년이 지나 있을 수 있어요. 또 빠르게 움직이는 물체는 길이가 짧아지고 질량이 늘어나요. 그리고 가장 유명한 결론이 질량과 에너지가 같다는 E는 mc제곱 공식이에요. 질량이 곧 에너지의 다른 형태라는 건데, 원자폭탄과 원자력 발전이 이 원리에서 나왔어요.일반상대성이론은 여기에 중력과 가속을 더한 거예요. 특수상대성이론이 못 다룬 중력 문제를 풀어낸 거죠. 핵심 아이디어는 중력이 사실 힘이 아니라 휘어진 시공간이라는 거예요. 무거운 물체는 주변의 시공간을 움푹 휘게 만들고, 다른 물체는 그 휘어진 공간을 따라 움직이는 거예요. 팽팽한 고무막 위에 무거운 볼링공을 올리면 막이 움푹 들어가고, 그 근처에 구슬을 굴리면 볼링공 쪽으로 빨려드는 것과 같아요. 지구가 태양 주위를 도는 것도 태양이 끌어당겨서가 아니라 태양이 휘어놓은 시공간을 따라 굴러가는 거라고 보는 거예요.이 이론은 여러 가지를 예측했고 다 맞아떨어졌어요. 빛도 중력에 의해 휘어요. 별빛이 태양 옆을 지날 때 휘는 게 관측되면서 일반상대성이론이 입증됐죠. 또 중력이 강한 곳에서는 시간이 느리게 흘러요. 블랙홀 근처에서는 시간이 거의 멈추다시피 하고요. 영화에서 블랙홀 근처 행성의 한 시간이 지구의 수십 년이 되는 설정이 이 원리예요. 시공간이 출렁이며 퍼지는 중력파도 예측했는데, 2015년에 실제로 검출됐어요.두 이론의 차이를 정리하면 이래요. 특수상대성이론은 중력 없이 일정한 속도로 움직이는 좁은 상황을 다루고, 시간 지연과 질량 에너지 등가를 설명해요. 일반상대성이론은 중력과 가속까지 포함한 넓은 상황을 다루고, 중력을 휘어진 시공간으로 재해석했어요. 특수가 평평한 시공간의 이론이라면 일반은 휘어진 시공간의 이론인 셈이에요.실생활과의 연결도 흥미로워요. 우리가 매일 쓰는 GPS가 두 이론을 모두 보정해요. 위성은 빠르게 움직이니까 특수상대성이론에 따라 시간이 느려지고, 동시에 지구보다 중력이 약한 높은 곳에 있으니 일반상대성이론에 따라 시간이 빨라져요. 이 두 효과를 함께 계산해 보정하지 않으면 GPS 위치가 하루에 수 킬로미터씩 어긋나거든요. 100년 전 천재의 추상적인 이론이 지금 내 휴대폰 길 안내 속에서 작동하고 있는 셈이랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.아인슈타인의 상대성이론을 이어받아 발전시킨 과학자는 한두 명이 아니라 여러 세대에 걸쳐 이어져 왔어요. 분야별로 핵심 인물들을 짚어드릴게요.먼저 수학적으로 이론을 다듬은 사람들이 있어요. 헤르만 민코프스키는 사실 아인슈타인의 대학 시절 스승이었는데, 특수상대성이론을 시간과 공간을 하나로 묶은 4차원 시공간이라는 우아한 수학 구조로 재정리했어요. 우리가 지금 시공간이라고 부르는 개념이 이 사람 덕분에 자리 잡은 거예요. 아인슈타인도 처음엔 너무 수학적이라며 떨떠름해했지만 나중엔 이 틀을 받아들여 일반상대성이론을 완성하는 데 활용했어요.일반상대성이론이 발표되자마자 그걸 풀어낸 사람도 있어요. 카를 슈바르츠실트는 제1차 세계대전 중 전쟁터에서 아인슈타인의 방정식을 풀어 블랙홀의 존재를 수학적으로 예견했어요. 블랙홀의 경계를 가리키는 슈바르츠실트 반지름이 이 사람 이름에서 온 거예요. 안타깝게도 그는 전쟁터에서 병으로 곧 세상을 떠났지만, 그 짧은 계산이 블랙홀 연구의 출발점이 됐어요.우주론으로 확장한 사람들도 빼놓을 수 없어요. 알렉산드르 프리드만과 조르주 르메트르는 상대성이론을 우주 전체에 적용해서 우주가 팽창하고 있다는 결론을 끌어냈어요. 특히 르메트르는 우주가 한 점에서 시작됐다는 대폭발 이론, 즉 빅뱅의 원조 아이디어를 내놓았어요. 정작 아인슈타인은 처음에 우주가 팽창한다는 걸 받아들이기 싫어서 방정식에 억지로 항을 하나 넣었다가 나중에 그걸 일생일대의 실수라고 후회했다는 일화도 유명해요.현대로 오면 블랙홀과 시공간 연구를 비약적으로 발전시킨 사람들이 있어요. 로저 펜로즈는 일반상대성이론을 바탕으로 블랙홀이 반드시 형성될 수밖에 없다는 걸 수학적으로 증명해서 2020년 노벨물리학상을 받았어요. 스티븐 호킹은 펜로즈와 함께 우주의 시작점에 관한 특이점 정리를 세우고, 블랙홀이 빛을 방출한다는 호킹 복사를 예측해서 상대성이론과 양자역학을 잇는 다리를 놓았어요.이론을 실험으로 검증한 사람들의 공로도 커요. 아무리 아름다운 이론도 관측으로 확인돼야 살아남거든요. 아서 에딩턴은 1919년 일식 때 별빛이 태양 중력에 휘는 걸 관측해서 일반상대성이론을 처음으로 입증했어요. 최근에는 중력파를 직접 검출한 라이고 연구팀이 2017년 노벨물리학상을 받았는데, 이건 아인슈타인이 100년 전 예측한 시공간의 떨림을 마침내 실제로 잡아낸 거예요.정리하면 상대성이론은 아인슈타인이 씨앗을 뿌린 뒤 민코프스키가 수학을 다듬고, 슈바르츠실트와 르메트르가 블랙홀과 우주론으로 키우고, 펜로즈와 호킹이 현대적으로 발전시키고, 에딩턴과 라이고 연구진이 실험으로 증명하는 식으로 여러 거장의 손을 거쳐 성숙해진 거예요. 한 천재의 발견이 한 세기에 걸쳐 수많은 과학자들의 협력으로 더 깊고 넓어진 셈이랍니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.억울하실 만한데, 결론부터 말하면 학교 답 12개가 맞아요. 다만 12개가 나오는 방식이 추측하신 것과 좀 달라요. 여기를 짚어드릴게요.먼저 이 문제에서 직선은 정육면체의 모서리를 말하는 거예요. 정육면체에는 모서리가 총 12개 있죠. 그러니까 추측하신 AB, DC를 따로 또 반대로 세고 하는 방식이 아니라, 모서리 12개 각각이 직선 BC와 수직인지 아닌지를 따지는 거예요. 직선은 양방향이라 AB와 BA를 따로 세지 않아요. 그건 같은 직선이거든요.이제 12개 모서리 중 BC와 수직인 걸 세어볼게요. 핵심은 공간에서의 수직이에요. 두 직선이 수직이라는 건 두 가지 경우가 있어요. 실제로 만나면서 90도를 이루거나, 만나지 않더라도 한 직선을 평행 이동했을 때 90도를 이루는 경우예요. 이걸 꼬인 위치에서의 수직이라고 해요. 평면 도형만 생각하면 만나는 것만 떠올리기 쉬운데, 공간도형에서는 안 만나도 수직일 수 있다는 게 함정이에요.BC를 기준으로 12개 모서리를 분류하면 이래요. BC와 평행한 모서리는 AD, EH, FG 세 개예요. 이건 수직이 아니죠. BC 자신을 빼고요. 나머지 모서리들을 보면 BC와 수직인 게 나와요.BC와 만나면서 수직인 모서리부터 보면, B에서 만나는 AB와 BF, C에서 만나는 DC와 CG가 있어요. 정육면체의 모서리들은 한 꼭짓점에서 만날 때 서로 90도를 이루니까 이 네 개가 수직이에요.여기에 안 만나지만 수직인 모서리가 더 있어요. AB와 평행한 모서리들, 즉 DC는 이미 셌고 EF와 HG가 BC와 꼬인 위치에 있으면서 수직이에요. EF는 AB와 평행한데 AB가 BC와 수직이니 EF도 BC와 수직이거든요. HG도 마찬가지고요. 또 BF와 평행한 AE, DH, CG 중에서 CG는 셌고 AE와 DH가 BC와 수직이에요. BF가 BC와 수직이고 AE, DH가 BF와 평행하니까요.세어보면 AB, BF, DC, CG, EF, HG, AE, DH로 여덟 개예요. 어라, 이러면 8개인데 왜 12개냐 싶으실 거예요. 여기서 학교 답이 12개라면 이 문제는 모서리뿐 아니라 면의 대각선이나 다른 직선까지 포함했을 가능성이 있어요.그런데 사진을 보니 그림에 EB와 같은 대각선이 그어져 있고 동그라미와 엑스 표시가 보여요. 이걸 보면 이 문제는 그어진 직선들, 즉 모서리 12개 전체를 후보로 두고 그중 수직인 것에 동그라미를 친 형태로 보여요. 동그라미가 쳐진 게 수직인 모서리일 텐데, 사진상 표시를 정확히 다 읽기는 어렵지만 채점 기준이 모서리 중 BC와 수직인 것을 세는 거라면 답은 8개가 맞아요.혹시 12개가 정답으로 인정됐다면, 이 문제가 묻는 게 BC와 수직인 직선에 면의 대각선까지 포함했거나, 아니면 출제나 채점에 오류가 있을 가능성도 있어요. 표준적인 중고등 교과 기준으로 정육면체 모서리 중 한 모서리와 수직인 모서리의 개수는 8개거든요.그러니까 억울하신 게 근거가 있어요. 모서리만 따진다면 정답은 8개여야 해요. 12개가 나오려면 면대각선 같은 추가 직선을 포함해야 하는데, 그렇다면 문제에 직선의 범위가 명확히 제시됐어야 공정한 거예요. 선생님께 직선의 범위가 모서리인지 대각선을 포함하는지, 그리고 왜 12개인지 풀이 과정을 여쭤보시는 게 좋겠어요. 표준 기준으로는 8개라는 점을 근거로 드시면 충분히 이의를 제기할 만하답니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.핵심은 열에 견디는 능력의 차이예요. 전자레인지용 용기와 일반 플라스틱 용기는 같은 플라스틱처럼 보여도 만들어진 소재가 달라서, 열을 받았을 때 반응이 완전히 다르거든요.먼저 전자레인지 안에서 무슨 일이 일어나는지 짚어볼게요. 전자레인지는 음식 속 물 분자를 진동시켜 열을 내요. 그러니까 데워지는 건 용기가 아니라 음식이에요. 그런데 음식이 뜨거워지면 그 열이 용기로 전달되잖아요. 이때 용기가 그 열을 견딜 수 있느냐가 관건이에요. 뜨거운 음식이 닿는 부분은 100도 가까이 올라가기도 하거든요.일반 플라스틱 용기는 이 열을 못 견디는 경우가 많아요. 배달 용기나 일회용 반찬통 같은 건 보통 낮은 온도에서 물러지는 소재로 만들어져서, 뜨거운 음식이 닿으면 변형되거나 녹아내려요. 더 큰 문제는 이때 플라스틱 성분이 음식으로 녹아 나올 수 있다는 거예요. 환경호르몬이라 불리는 물질이 대표적인데, 열을 받으면 플라스틱에서 이런 성분이 빠져나와 음식에 스며들 수 있어요. 특히 기름지거나 산성이 강한 음식에서 용출이 더 잘 일어나고요. 눈에 보이지 않으니 모르고 먹게 되는 게 위험한 부분이에요.전자레인지용 용기는 바로 이 문제를 막으려고 고온에 견디는 소재로 만들어요. 폴리프로필렌 같은 내열성 좋은 플라스틱을 쓰는데, 이 소재는 100도가 넘는 온도에서도 잘 변형되지 않고 유해 성분도 거의 녹아 나오지 않거든요. 그래서 뜨거운 음식을 담아 돌려도 안전한 거예요. 용기 바닥에 전자레인지 사용 가능 표시나 내열 온도가 적혀 있는 게 이런 검증을 거쳤다는 뜻이에요.구분하는 방법을 알려드리면, 용기 바닥의 재질 표시를 보시면 돼요. 삼각형 안에 숫자가 적혀 있는데, 5번 PP라고 표기된 게 폴리프로필렌으로 전자레인지에 안전한 소재예요. 반면 1번 PET나 6번 PS 같은 건 열에 약해서 전자레인지에 넣으면 안 돼요. 전자레인지 사용 가능이라는 문구나 물결 모양 표시가 있는지 확인하는 것도 간단한 방법이고요.가장 안전한 건 사실 유리나 도자기 용기예요. 이건 애초에 유해 성분이 녹아 나올 걱정이 없고 높은 열도 잘 견디거든요. 플라스틱이 미덥지 않으시면 데울 때만이라도 유리 용기에 옮겨 담는 습관을 들이시면 가장 마음이 놓여요.정리하면 전자레인지용 용기를 구분해야 하는 이유는 일반 플라스틱이 열을 받으면 변형되고 유해 성분을 음식에 녹여낼 수 있기 때문이에요. 겉모습은 비슷해도 견디는 온도가 다르니, 데울 때는 꼭 표시를 확인하시거나 유리 용기를 쓰시는 게 안전하답니다 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.뜨거운 물이 찬물보다 빨리 어는 이 현상은 음펨바 효과라고 불러요. 이름의 유래를 따라가다 보면 누가 밝혀냈는지가 자연스럽게 나오니, 거기서부터 시작할게요.이 현상을 세상에 알린 건 탄자니아의 에라스토 음펨바라는 학생이에요. 1960년대에 학교에서 아이스크림 만드는 수업을 하다가, 끓인 우유를 식히지 않고 뜨거운 채로 냉동실에 넣었는데 차게 식혀 넣은 친구들 것보다 자기 것이 먼저 얼어버린 걸 발견했어요. 다들 말도 안 된다며 비웃었지만 음펨바는 의문을 놓지 않았어요. 그러다 학교를 방문한 물리학자 데니스 오스본에게 이 질문을 던졌고, 오스본이 직접 실험해보니 정말로 그런 현상이 나타난 거예요. 두 사람은 1969년에 함께 논문을 발표했고, 그 학생의 이름을 따 음펨바 효과로 불리게 됐어요. 사실 아리스토텔레스나 베이컨, 데카르트도 비슷한 관찰을 남겼지만, 현대에 다시 주목받게 만든 건 이 호기심 많은 학생이었던 거예요.왜 이런 일이 일어나는지는 지금도 과학자들 사이에서 논쟁이 이어지고 있어요. 항상 일어나는 게 아니라 조건이 맞아야 나타나거든요. 그래서 단일한 정답보다 여러 요인이 함께 작용한다고 보는데, 설득력 있는 설명들을 짚어드릴게요.가장 크게 꼽히는 건 증발이에요. 뜨거운 물은 표면에서 수증기가 활발하게 날아가요. 그러면 얼려야 할 물의 양 자체가 줄어드니 그만큼 빨리 얼고, 증발하면서 열도 함께 빼앗아가니 냉각 속도도 빨라져요. 큰 컵보다 작은 컵의 물이 빨리 어는 것과 비슷한 효과예요.두 번째는 녹아 있는 기체예요. 찬물에는 공기나 이산화탄소가 많이 녹아 있는데, 물을 끓이면 이 기체들이 빠져나가요. 기체가 적은 물이 얼음 결정을 더 쉽게 만든다는 설명이 있어요.세 번째는 대류예요. 뜨거운 물은 컵 안에서 위아래로 도는 흐름이 활발해서 열이 골고루 빠르게 빠져나가요. 따뜻한 물이 표면으로 올라와 식고 다시 내려가는 순환이 활발하니 전체 냉각이 효율적으로 일어나는 거예요.다만 분명히 해둘 게 있어요. 이 효과는 조건이 까다로워서 평소 냉장고에 물을 넣을 때는 거의 나타나지 않아요. 일상에서는 당연히 찬물이 먼저 어는 게 정상이에요. 음펨바 효과는 특정한 용기, 물의 양, 온도 차이, 주변 환경이 딱 맞물릴 때만 가끔 모습을 드러내는 현상이거든요.정리하면 뜨거운 물이 빨리 어는 음펨바 효과는 증발과 기체 방출, 대류 같은 여러 요인이 맞물려 일어나고, 탄자니아 학생 음펨바와 물리학자 오스본이 1969년에 함께 밝혀 이름 붙인 현상이에요. 직관이 늘 정답은 아니라는 것, 그리고 한 학생의 끈질긴 호기심이 과학사에 이름을 남길 수 있다는 걸 함께 보여주는 멋진 사례랍니다 :)