안녕하세요 김두환 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 빅뱅 초기 인플레이션 확장 때 속도는 빛의 속도보다 빠르지않나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.네, 공간 자체의 확장은 상대성 이론에 위배되지 않습니다.공간은 물질로 기술하지 않고 단순히 공간(x,y,z) 자체로 보고 있죠. 인플레이션과 같은 공간의 급팽창은 물질의 확장이 아니기 때문에 상대성 이론에는 위배되지 않습니다. 상대성 이론에서는 질량을 가진 물질에 대해 기술하며, 질량을 가진 물체 주변의 시공간이 어떻게 되는지에 대해 설명하는 이론이라고 생각하시면 됩니다.
전기·전자
Q. 원자력 발전은 어떤 원리로 전기가 생기는지 궁금합니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.원자력 발전의 경우 방사선 물질이 배출될 수 있는데, 이를 잘 처리한다면 친환경 적일 수 있습니다. 방사선 물질을 따로 차폐시켜 모아 처리하기 때문에 친환경발전이라고 말을 하는 것이죠. 원자력 발전은 핵분열을 이용해 열 에너지를 얻게 되며, 이 열에너지를 이용해 증기를 만들어 터빈을 돌려 전기를 생산해냅니다. 이 때 알아야 할 과학적 원리는 핵분열 에너지와 발전기(전자기 유도 현상)입니다. 핵분열은 불안정한 원자(우라늄-235과 같은)에 중성자를 충돌시켜 불안정한 원자가 다른 원자로 변하며 결손되는 질량이 발생하는데, 이 결손된 질량이 에너지로 전환됨에 따라 에너지를 얻어지는 것입니다. 불안정한 원자에 중성자를 충돌 시킴으로써 붕괴를 시키는데, 이 반응이 연쇄적으로 일어나 많은 양에 에너지를 얻을 수 있습니다. 이 때 질량 손실에 의해 얻어지는 에너지는 E=mc^2에 의해 계산할 수 있습니다. 만약에 1g의 질량 결손만으로 9000만 줄(J)의 에너지가 발산됩니다.전자기 유도 현상이란 코일(도선)이 있고, 코일 주변에 자석(또는 전자석)이 움직이거나 자기력이 변화하고 있을 때 코일(도선)에 유도 전류가 흐르는 현상을 말합니다.발전기는 터빈에 바람이나 물살 등 외부 힘으로 인해 회전 시킴으로써 터빈 끝에 달린 자석이 코일 주변으로 회전하거나, 또는 터빈 끝에 달린 코일이 자석 주변으로 하면서 코일에서 유도 전류가 발생하는데 이를 모아 전기로 사용하는 원리입니다. 회전 방향과 상관없이 코일에 전류를 모을 수 있습니다. (원자력 발전의 경우 핵분열 에너지로 증기를 발생 시켜 이를 이용해 터빈을 회전 시킵니다.)
지구과학·천문우주
Q. 지구자체가 사라져버릴수 있을까?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.지구가 사라질 수 있는 방법은 태양이 수명을 다하면서 거성이 되는데, 이 때 태양의 팽창이 발생합니다. 이 팽창은 거대해졌을 경우 지구는 물론 화성까지 집어삼킨다고 하네요. 300km~500km의 크기를 가진 소행성이 충돌할 경우 지구가 부숴져 사라질 수 있습니다. 블랙홀이 다가와 지구를 흡수할 경우 지구가 사라질 수 있습니다.
화학
Q. 상온 초전도체의 활용도가 궁금해요
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.상온 초전도체가 상용화될 경우 자기 부상 열차의 개발이 급속도로 빨라지며, 초전도체로 만든 전선이나 회로의 경우 저항이 없어 전력손실이 없으며, 발열 또한 없습니다. 즉, 우리가 사용하는 전자기기의 효율이 1등급으로 전부 상승하며, 발열이 거의 없게 되죠.
전기·전자
Q. 양자컴퓨터가 현자 사용하는 전자컴퓨터 보다 빠른 이유가 뭘까요?
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 있습니다.이러한 특징 때문에 양자컴퓨터의 장점은 암호해독에 아주 능하다는 장점이 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 같은 우주 공간에서도 시간이 다르게 흐르나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.일반 상대성 이론에서는 중력이 큰 부분에서는 시간이 느리게 흐른다는 결론을 얻을 수 있습니다. 반대로 중력이 약하면 시간이 빠르게 흘러갑니다.우주 공간에서 주변 행성이나 별이 존재할 경우 중력이 존재하기 때문에 중력의 크기를 따져보아야합니다. 중력의 크기를 따진 뒤 중력이 큰곳이면 시간이 상대적으로 더 느리게 흐른다고 말씀드릴 수 있겠습니다. 만약 서로 떨어진 두 위치에서 아무 것도 없는 빈 공간이라면 동일하게 흐릅니다.
화학
Q. 불을 특정하는 원소기호가 있나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.불은 빛의 형태입니다. 연소가되면서 열에너지가 발생 되고 주변의 공기분자, 원자 등을 들뜨게 만들어 빛을 방출하게 하죠. 온도에 따라 들뜨는 정도가 달라지고 다른 종류의 색을 방출하게 됩니다.온도가 높아짐에 따라 붉은색 계열의 빛에서 푸른색 계열의 빛으로 변한다고 생각하시면 됩니다! 빛의 색도 연속적이고 온도의 색도 연속적이라 대략적인 영역별로 구분을 해보겠습니다. 빨강, 주황색 : 600~800℃노란색 : 800~1300℃백색 : 1300~1500℃파란 : 1500℃~ 이렇게 색깔을 띠는 이유는 불에 의해 공기가 뜨거워지면서 방출되는 빛의 파장이 온도에 따라 다르기 때문입니다. 그리고, 물질의 종류에 따라 연소하면서 방출하는 빛이 다를 수 있으며, 불의 색으로 이어지기도 합니다. 예시로 금속의 불꽃색이 있습니다. 리튬-빨간색, 나트륨-노란색, 칼륨-보라색, 구리-청록색을 띠죠.원자, 분자 내 최외각 전자는 평상시 안정적인 에너지 상태를 가지고 있습니다. 하지만, 불을 붙여 열을 가하게 되면, 최외각 전자는 들뜬 상태(에너지가 높아진 상태)가 되며 불안정해집니다. 이 때 전자는 불안정한 상태에서 다시 안정한 상태가 되려고하는데, 안정한 상태인 에너지가 낮은 상태가 되면서 손실된 에너지 차만큼 빛을 통해 발산하게 됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 상온에서 초전도체를 만들었다는 논문을 한국의 고려대팀이 발표하고 나서 왜 회의적인 시선들이 있는 것인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.아직 검증이 안되었기 때문이죠. 또한, 상온 상압 초전도체는 과학자들의 꿈이며 목표입니다. 이를 현재까지 연구해도 거의 실현이 불가능했습니다.하지만 이번 논문 발표로 과학계가 요동을 치고 있습니다. 의심스럽다는 입장도 있고, 긍정적이라는 입장도 있습니다. 물론 신중하게 오랜기간에 걸쳐 검증이 필요합니다. 지금 당장은 논문이 발표된지 얼마 안되었기 때문에 견해가 나뉘고 있습니다. 조금만 더 기다리면 가능한지 불가능한지 결과가 나올 것입니다. 혁명적인 무언가가 나타날 때에는 부정적인 견해와 긍정적인 견해가 동시에 나오기 마련이죠.
화학
Q. 에어컨 구동방식에 대해 문의드립니다
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.냉방과 제습의 방식의 거의 동일합니다. 냉방에도 제습기능이 있죠. 그리고 냉방의 경우 제습보다는 바람의 세기가 세며, 온도를 기준으로 작동됩니다. 제습은 바람이 약하고 습도를 기준으로 작동한다고 이해하시면 되죠.방안에 수증기를 포함한 공기는 제습기의 흡입에 의해 빨려들어갑니다. 그리고 에어컨, 제습기 내부에는 냉매가 존재하는데, 이 냉매를 이용하여 공기의 온도를 떨어트립니다. 공기의 온도가 떨어지면 포화수증기량(공기중에 수증기를 포함할 수 있는 정도)이 떨어지게되는데, 쉽게 생각해서 수증기(기체)를 냉각시켜 액화하여 물로 만들어 냅니다. 그러면 에어컨, 제습기에 들어온 공기의 수증기량이 줄어들게 되어 쾌적한 공기로 배출됩니다. 그리고 에어컨, 제습기 안에서 생겨난 물은 제습기 내부의 물통으로 걸러지게 되죠. 이러한 순환 과정을 거쳐 방안 공기를 쾌적하게 만들어줍니다.
물리
Q. 튜브 바람넣는 부분에 숨어있는 원리는 무엇인가뇨?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.네, 펌프식으로 되어있기 때문입니다. 바람을 불게되면 입구를 살짝 덥고있는 두번째 마개를 밀어내는 식으로 바람이 주입됩니다. 하지만 가만히 두면 튜브 내의 공기가 나오려고하면서 마개를 밀어 안에서 밖으로 밀어내며 닫히게 되어 바람이 빠지지 않는 것이죠. 바람을 뺄 때 꼬집게되면 마개부분이 밀려나거나 틈이 생겨 바람이 빠지는 것입니다.