안녕하세요 김두환 전문가입니다.
Q. 우라늄폭탄과 플로토늄폭탄은 어떤 차이가있나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.우라늄(235)과 플루토늄(239)은 둘다 불안정한 상태의 원자핵으로 존재하며 중상자 충돌로 쉽게 핵분열이 일어날 수 있습니다. 이 둘의 차이는 우라늄은 자연에서 얻을 수 있는 반면 플루토늄은 우라늄(238)을 중성자와 반응시켜 얻어낼 수 있습니다. 즉, 우라늄을 원료로 넣은 원자로에서 플루토늄을 얻어낼 수 있죠.
Q. 하늘에서 내리는 우박과 눈이 결정적 차이는 무엇인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.구름은 수증기, 물로 이루어져 있습니다. 높은 상공에서 수증기가 물이 되고 이 물방울들이 모여 빗방울 크기가 되면 떨어집니다. 그런데 온도가 낮은 상공에서 이 빗방울이 급격히 얼게될때가 있는데, 이를 우박이라고 하죠. 알갱이가 크고 밀도가 높습니다.눈은 우박과 달리 수증기가 물이되고 작은 물 알갱이가 얼게 됩니다. 이 작은 눈 알갱이는 주변의 수증기나 물이 달라붙어 그 크기가 커져 눈이 됩니다. 우박과 달리 알갱이가 클 수는 있지만 밀도가 낮습니다.
Q. 이론과학과 실험과학은 어떤 차이가 있나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.이론은 수식이나 시뮬레이션 등의 계산을 통해 현상이 어떤식으로 진행될지를 예측하는 것입니다.실험은 현상을 직접 구현하여 실제로 어떤일이 일어나는지 데이터를 통해 관측할 수 있습니다.이론의 장점은 실제로 구현하기 어려운 상황에 대해 수식 계산이나 시뮬레이션을 통해 예측이 가능하다는 점입니다. 또한, 가설을 세워 여태 보지 못한 새로운 현상을 예견하기도 하죠. 물론 실험이 이를 검증해줘야 타당한 이론이라고 볼 수 있습니다. 즉, 가설로만 남을수도 있으며 쓸모가 없어지는 경우도 존재합니다.실험의 장점은 현상을 직접 눈으로 볼 수 있기 때문에 정확한 결론을 얻을 수 있습니다. 하지만, 구현하기 어려운 현상에 대해 실험의 난이도가 높아지는 단점도 존재합니다.
Q. 양자컴퓨팅이란 무엇이고 미래 우리 삶에 어떤 영향을 미칠까요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터를 초월하는 연산 속도를 가지고 있습니다. 양자 컴퓨터는 양자 중첩의 원리를 기반으로 큐빗(qubit) 체계를 사용합니다. 기존 컴퓨터는 bit 이진법 체계를 사용하죠. 기존 비트 체계로 2자리를 표현하는 방법은 00, 01, 10, 11 로 0, 1, 2, 3을 표현할 수 있습니다. 하지만 큐빗은 2자리를 동시에 중첩으로 표현하기 때문에 a l00>+b l01>+c l10>+d l11> 한번에 표현합니다. a, b, c, d는 lal^2+lbl^2+lcl^2+ldl^2=1이라는 관계가 있습니다. 또한 자릿수가 높아지면 높아질수록 비트체계보다 큐빗의 체계가 더욱 빠른 연산이 가능하죠. 왜냐하면 비트 체계가 각각을 하나하나 표현하여 연산할 때, 큐빗 체계는 한번에 연산하기 때문이죠. 그래서 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터를 초월하는 연산 속도를 가지고 있는것입니다. 이러한 특징 때문에 양자컴퓨터의 장점은 암호해독에 아주 능하다는 것이죠. 하지만 우리 실생활에 들어온다고해서 크게 달라질건 없습니다. 왜냐하면 우리 생활 속의 대부분의 연산은 양자 컴퓨터나 기존 컴퓨터에게 있어 간단한 문제며, 두 컴퓨터 모두 빠르게 연산이 가능하기 때문이죠. 물론 양자컴을 활용한 기술의 발달로 암호시스템, 보안시스템의 변화가 생길것으로 예상됩니다.
Q. 지구, 달 등 천체가 자전하는 이유는?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.초기 우주에 가스와 먼지, 입자들이 운동을 하고 있었을 것이며, 중력에의해 집단을 형성해가며 태양과 같은 별이나 행성이 만들어졌습니다. 이 과정에서 질량을 가진 두 물체에 대해 운동을 하고 있을 경우 원, 타원 궤도 운동이 가능합니다. 물론 쌍곡선 포물선과 같은 운동도 가능합니다. 여기서는 태양계의 형성과정에 초점을 두며 타원 궤도 운동을 하고 있었다고 생각할 수 있죠. 이 때 궤도 운동을 시작할 당시 가스, 먼지의 각운동량(회전)이 정해졌을 것입니다. 각운동량은 천체 운동에서 보존되는 물리량 중 하나입니다. 이 각운동량(회전)의 방향이 반시계 방향이었기 때문에 대부분의 행성이 반시계방향으로 공전과 자전을 하는것이죠. 만약 초기의 각운동량이 모든 물질이 제각각이었다면 시계방향, 반시계 방향으로 회전하는 행성이 여럿 있었을 것이며, 초기 각운동량의 방향이 시계방향이었다면 대부분의 행성이 시계방향으로 회전하고 있었을 것입니다. 즉, 자전은 생성 초기에 결정되는 물리량이죠.