안녕하세요 김두환 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 원소는 어떻게 탄생되었는지 궁금합니다
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.우주 탄생 이론 중 가장 각광받는 이론인 빅뱅이론에 따르면, 우주 초기에는 질량이 아닌 에너지 형태로 존재하였으며, 고온 고밀도의 상태로 존재하였습니다. 고온 고밀도 상태에서 우주가 급팽창하게되면서 온도가 떨어지게 되고 우리가 알고 있는 질량을 갖는 물질들이 생겨나기 시작하였습니다.우주 생성 초기에는 높은 에너지의 상태이기 때문에 물질들의 운동에너지가 활발하여 서로 결합하지 않고 개별적으로 존재하였다고 해석하고 있습니다. 때문에 전자와 원자핵을 구성하고 있는 쿼크가 개별적으로 존재하며 결합된 상태로 존재하지 않았습니다. 시간이 지나면서(우주 탄생 후 10^(-12)초 정도로) 우주가 팽창하고 식으며 쿼크들의 활발함이 떨어지고 상대적으로 쿼크들의 결합력이 강해져 양성자나 중성자가 등장하게 됩니다. 또 우주가 식으며 양성자와 중성자가 결합되어 원자핵을 구성하게 됩니다. 원자핵은 전기적으로 +극을 띠고 있기 때문에 전기적으로 -를 띤 전자와 전기력으로 결합할 수 있지만, 여전히 우주가 뜨거워 운동에너지가 활발하여 전기력을 무시하고 움직이게 되죠. 그런데, 우주는 여전히 팽창 중이기 때문에 온도가 서서히 떨어지게 되면서 물질들의 운동이 느려지기 시작합니다. -극을 가진 전자는 +극을 가진 원자핵에 사로잡혀 우리가 잘 알고 있는 수소, 헬륨 등의 원소를 만들게 되는 것이죠.
지구과학·천문우주
Q. 로켓을 쏘아 올릴때 처음 엔진점화가 되면서 로켓옆에서 먼지 처럼 하얗게 떨어지는것이 무엇인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.로켓엔진에는 액화 수소와 같은 극저온의 액체 연료가 있기 때문에 굉장히 차갑게 유지되고 있습니다. 때문에 로켓 표면에 공기 중 수증기가 달라붙어 하얗게 성에가 끼게되는 것이죠. 로켓이 출발하면서 진동으로 성에가 떨어지며 하얀가루가 날리는 것처럼 보입니다.
전기·전자
Q. 비열이란 용어에 대한 설명이 듣고 싶어요.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.비열이란 특정 양을 가지고 있는 물질의 온도를 높이는데 필요한 열량입니다. 비열이 크다는 것은 특정 온도만큼 올리는데 열량(에너지)가 많이 들며, 상대적으로 비열이 작으면 열량이 적게듭니다. 예를들어 10kg의 물을 10도에서 100도로 올릴 때와 10kg의 철을 10도에서 100도로 올릴 때 필요한 열량이 다르며 물에 필요한 열량이 10배 더 큽니다. 이는 비열이 다르기 때문에 나타나는 특징이죠. (물의 비열은 1[kcal/kg℃]이며, 철은 0.1입니다.)
지구과학·천문우주
Q. 지구와 달의 중력에 관해 궁금한게 있는데요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.들어올릴때에는 힘을 주는 정도에 따라 올리는 시간이 달라집니다. 또한 지구에서 들때보다 6배 가벼움을 느낄 수 있습니다. 만약 동일한 물체에 대해 같은 힘으로 같은 높이를 드는 경우에 힘의 크기에 따라 들어올리는 시간이 달라집니다. 확실한 것은 지구에서 들어올리는데 걸린 시간은 달에서보다 깁니다.혹시나 물체를 들어올리는데 있어서, 달의 중력의 크기가 6배약하다고해서 들어올리는데 걸리는 시간이 6배 짧아진다고 생각하면 안됩니다. 들어올리는데에는 중력과 다른 외부의 힘에 의해 좌우되기 때문이죠. 외부의 힘에서 중력(달이나 지구에서의 중력)을 뺀만큼의 힘으로 가속도를 새롭게 도출해야합니다.
지구과학·천문우주
Q. 과학적으로 볼때 둥근페트병에 물을넣어 돋보기를 만들면 불을 붙일수 있나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.네 가능합니다. 물은 공기와 다른 굴절률을 가지며, 둥근 물병에 담게되면 마치 돋보기와 같은 역할을 하기 때문에 실제로 가능한 이야기입니다. 그리고 불을 붙이려고 할 때 충분히 사용할 수 있습니다. 물론 패트병이나 유리병의 표면이 매끄러울수록 좋습니다.
생물·생명
Q. 영화를 보면 사람이 죽기 전에 냉동으로 얼리는데, 과학적으로 냉동인간이 가능한가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.아직 냉동인간에 대해 성공한 사례가 없으며, 이론적으로만 가능한 이야기입니다. 또한 현재의 기술로 냉동 후 해동했을 때 생명을 온전히 이어나가는 것은 어렵기 때문에 미래에 가능할 기술이라고 여기며 냉동 인간을 시도하는 경우도 존재합니다.
지구과학·천문우주
Q. 구름색깔이 하얀구름과 어두운 구름이 무엇때문이 차이가 나는지 궁금해요
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.구름은 수증기와 물 분자로 이루어져 있습니다. 또한 물 분자의 크기가 다양한 크기로 존재하고 있습니다. 이렇게 다양한 크기의 입자가 존재하면 특정 파장의 빛만 산란 (여기서 산란이란 쉽게 생각해 빛의 경로가 바뀐다고 생각하시면 됩니다.) 되지 않고 모든 파장 영역대의 빛이 산란할 수 있습니다. 빨간색 빛, 노란색 빛, 초록색 빛, 파란색 빛 등 모든 빛이 구름내에 존재하는 물 분자로부터 산란이 가능하죠. 모든 색의 빛이 산란되고 빛의 합성으로 인해 하얀색 빛으로 우리눈에 들어오게 되어 구름이 하얗게 보입니다. 먹구름은 비가 내릴 수 있는 구름이고, 일반구름과 달리 수증기, 물의 함량이 높고 물방울의 크기가 큽니다(비내리기 직전, 비가 내리고 있는 상황). 그래서 빛이 먹구름 내에 물방울에 산란하지 못하고 흡수되어 어둡게 보이게 됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 영화 오펜하이머를 보면서 궁금한게 있습니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.그 당시에는 양자역학이 만들어지며 완성되지 않은 시기 였습니다. 또한, 양자역학만으로는 원자핵 반응을 기술하는데 한계가 존재합니다. 그래서 계산의 착오가 있었던 것으로 예상됩니다. 우라늄이나 플루토늄과 같은 원자핵 반응에서 나온 중성자가 대기에 존재하는 질소, 수소, 산소 등의 원자핵에도 충돌하여 핵반응이 일어날 것으로 예상했기 때문이죠. 혹은 원자폭탄에서 발생하는 에너지(열)가 주변 공기를 이온화시켜 플라즈마 상태로 만들며, 전 세계에 퍼져있는 공기가 전부 이온화 될것으로 생각했기 때문입니다. 하지만 실제로는 대기에 존재하는 원자핵은 굉장히 안정적이기 때문에 핵분열 반응이 일어나지 않아 대기가 전부 불타진 않으며 지구 내의 대기를 전부 이온화 시킬정도의 폭발 에너지는 아니었습니다. 영화에서 차량에 탑승한 파인만이 등장하는데, 파인만은 양자 전기 역학(QED)을 발전시키고 양자장론(특수상대론을 적용한 양자역학)이 등장하면서 더욱 정확한 계산을 할 수 있게 됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구에서 어느정도 높이를 벗어나면 중력이 없어지나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.지구의 중력에서 벗어나게 되려면 사실 무한히 멀리 떨어져야 됩니다. 높게 올라가더라도 중력이란 것이 아주 미미하게 남아있기 때문이죠. 지구 반지름의 40배정도 높은 위치인 25만km 상공에서는 중력이 0.4N 정도로 굉장히 미미해질 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 외계인은 확실히 존재하는 건가요???
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.외계 생명체의 경우 아직 미지인 영역이며 아직 과학적으로 증명되거나 관측된 정보가 하나도 없습니다. 외계인이 존재할것이라는 주장을 하는 사람들은 자신의 생각을 강하게 주장하는 것으로 뒷받침할 정확하고 확실한 근거가 없이 이야기하는 것이죠. 즉, 가설이라고 보시면됩니다. 있을 것이다라고 들으시는게 좋을 듯 합니다.