안녕하세요 김두환 전문가입니다.
전기·전자
Q. 물리학 용어인 거 같은 양자요동은 무엇인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.양자요동은 미시세계의 불확정성 원리에 의한 것입니다. 이러한 양자요동은 양자현상을 관측하거나 예측하고자할 때 나타납니다. 또한, 양자현상을 기술할 때 가능한 모든 양자요동을 고려해주어야 정확한 기술을 할 수 있습니다.예를 들면 우리 우주의 진공에서 아무것도 없는 것 같지만, 입자와 반입자가 끊임없이 생성 소멸을 반복하고 있습니다. 이러한것이 양자요동입니다. 평균적으로 0이지만 양자효과를 고려하면 끊임없이 요동치고 있죠.불확정성 원리를 있는 그대로 설명드리면, 미시 세계의 작은 물질에 대하여 위치를 측정하고자하면 운동량을 정확히 측정을 할 수 없고, 운동량을 측정하고자하면 위치를 정확히 측정할 수 없다는 것입니다. 또한, 짧은 순간에 정확한 에너지를 측정할 수 없다는 것입니다.불확정성 원리와 양자역학에서 측정을 하면 왜 물체의 상태가 변화하는지 설명해드리겠습니다.전자, 원자핵 단위를 기술하고 이를 실험적으로 확인하기 위해서는 관측을 수행해야합니다. 기존에 관측이라하는것은 눈으로 보고 측정값을 수치적으로 기입하는 행위를 포함합니다. 관측이란것은 빛을 통해 관측이 필요한것이죠. 그런데 전자나 원자핵은 매우 작기 때문에 우리눈으로 본 경험이 없을 것입니다. 현미경을 통해서도 보이지 않죠. 전자나 원자핵을 보기 위해서는 빛이 이들과 충돌한 뒤 반사되어 우리 눈으로 들어와야하죠. 하지만 전자나 원자핵같은 경우는 빛과 크기가 비슷하다고 생각하시면 됩니다. 빛은 크기가 0인데 어떻게 비슷하냐라고 할 수 있지만, 서로 일대일로 상호 작용할 수 있습니다. 즉, 빛도 입자로 취급되고 빛 알갱이 광자로써 서로 충돌할 수 있습니다. 그런데, 이 광자가 충돌하여 반사돼 우리 눈(관측 장비)으로 들어오는것이 관측이라고 하였습니다. 충돌을 하면 충돌된 입자의 상태가 바뀌죠. 다시말해 광자는 우리눈(관측 장비)에 들어왔지만, 충돌로 인해 전자의 상태가 바뀌어 버렸죠. 광자로 전자의 상태를 측정한다면 전자의 상태는 바뀌고 맙니다. 우리가 알고 있던 관측의 대상은 대부분 크기가 크고 무겁기 때문에 빛으로 관측한다 한들 관측 대상의 상태가 변경되지는 않았습니다. 그래서 쉽게 물체의 상태를 측정이 가능했고요. 그런데 양자역학을 따르는 관측 대상은 크기가 작고 빛(광자)과 상호작용을 하기 때문에 관측에 있어서 상태가 변하므로 문제가 생겼죠. 그래서 이를 해결하고자 하는것이 양자역학이고 자연에서 발생하는 현상들을 잘 설명하는 이론입니다.최대한 자세히설명한다고 글이 길어졌네요. 더 궁금하신 사항있으면 질문남겨주세요.
지구과학·천문우주
Q. 비가 올 때 천둥 번개가 치는 원인은 무엇인가요,
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.구름에는 전자(-)가 분포하는데, 전자가 많아지면 땅과 구름사이에 전압이 높아져 공기를 타고 전자가 이동(전류 발생)할 수 있습니다. 즉, 번개가 치는것이죠.이 때 전자가 지면으로 이동하면서 공기중에 있는 원자, 분자와 충돌하게 되며 빛이 발생하고 주변 공기를 압축시키거나 수축시켜 진동을 일으키며 천둥소리가 나게되는 것이죠.
지구과학·천문우주
Q. 지구와 달의 거리가 가까워지면 어떤일이 벌어지나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.달이 가까워진다는 것은 현재의 안정궤도를 깬다는 것을 의미합니다.그렇게 되면 달은 점점 지구로 가까워지며 추락을 하게됩니다. 이 때 달이 지구와 가까운 부분은 더 빨리 추락하고 먼 부분은 더 늦게 추락하여 달의 구조를 깨뜨리는 힘이 작용해 달이 부서질 수 있습니다. 또한, 달이 가까워짐으로써 조력이 커져 큰 해일을 만들 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 바다의 썰물과 밀물이 발생하는 과학적인 이유가 궁금합니다
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.밀물과 썰물은 조수간만의 차라고 하는것이죠. 조수간만의 차는 태양, 달의 만유인력에 의해 나타나는 현상입니다.지구는 태양 주위를 공전하고 달은 지구 주위를 공전합니다. 그리고 지구는 자전을 하고 있죠. 그래서 지구가 자전하면서 우리나라가 달과 가까워지거나 태양과 가까운 위치에 놓일 때가 있습니다. 이때 만유인력이 작용해 해수면이 상승하고, 태양이나 달과 가장 멀어지는 시기에 해수면이 하강합니다. 이러한 이유로 조수간만의 차(밀물 썰물)가 나타나는 것입니다.
화학
Q. 고기를 많이 먹었을 때 설사는 왜 나는걸까요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.고기가 잘 익지 않은 것을 먹었을 때 장에 무리가 가서 설사가 날 수 있으며,고기가 잘 익었지만 많이 먹게 되면 기름기로인해 장에 무리가 가서 설사가 날 수 있습니다.