안녕하세요 김두환 전문가입니다.
Q. 찬드라세카르 한계에 대해서 설명해주세요
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.찬드라세카르 한계란 별을 구성하는 물질 중 페르미온(fermion)의 축퇴압과 중력이 평형을 이루는 지점을 뜻합니다. 이 한계 지점에서 별의 질량이 조금만 더 컸더라면 중력이 강하여 축퇴압을 이겨내 중력 붕괴가 일어나 중성자별이나 블랙홀이 될 가능성이 존재합니다.찬드라세카르 한계를 이해하기 앞서 양자역학에 대한 몇가지 용어를 이해할 필요가 있습니다.양자역학에서 설명하는 입자들은 크게 보존(boson)과 페르미온(fermion)으로 나눌 수 있습니다. 우리의 몸을 포함하여 우리의 우주를 구성하는 대표적인 입자들로는 광자(빛, photon), 전자(electron), 양성자, 중성자 등이 있습니다. 이러한 입자들은 스핀(각운동량)이라는 물리량을 지니고 있습니다. 마치 우리가 질량을 가지고 있는 것 처럼요. 스핀은 0, 1/2, 1, 3/2, 2... 등과 같이 정수인 스핀과 반정수인 스핀으로 나뉩니다. 여기서 단순하게 설명드리면 정수의 스핀을 가지면 보존(광자), 반정수의 스핀을 가지면 페르미온(전자, 양성자, 중성자)이라고 하죠. 보존의 경우 같은 상태로 존재가 가능하지만, 페르미온의 경우 같은 상태로 존재가 불가능합니다. 이러한 것을 파울리 베타 원리라고 합니다. 보존의 경우 같은 스핀을 갖는 입자가 같은 에너지, 같은 운동량을 가질 수 있는 반면, 페르미온의 경우에는 같은 에너지라면 다른 스핀, 다른 운동량을 가져야합니다. 여기서 같은 에너지, 같은 상태를 갖는 것을 축퇴라고 하며 보존은 축퇴가 가능하지만 페르미온은 축퇴가 불가능해 축퇴압이 발생하게 되죠. 즉, 특정 공간에 페르미온을 구겨넣을 수 없다는 것을 의미합니다.이제 별에 대해 살펴보겠습니다. 별 또한 광자(빛, photon), 전자(electron), 양성자, 중성자 등으로 이루어져 있으며, 페르미온과 보존으로 구성됩니다. 거대한 별의 경우 강한 중력으로 인해 수축이 일어날 수 있습니다. 질량이 크면클수록 중력이 더 강해져 더욱 수축이 일어날 수 있죠. 그런데, 별을 구성하는 물질 중 페르미온은 축퇴압이 존재하여 한 공간에 구겨넣을 수 없습니다. 하지만 중력이 너무 강하게 되면 이러한 축퇴압도 무시하고 수축이 일어나게 되죠. 이 때 축퇴압과 중력의 크기가 동일하여 축퇴압을 무시하지 못하는 그 한계점을 찬드라세카르 한계라고 합니다.
Q. 드론의 작동 원리가 궁금해서 질문 드립니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.드론은 작용-반작용으로 프로펠러를 회전시켜 뜨게됩니다. 작용-반작용은 프로펠러에서 공기들을 지면으로 밀어내는 힘이나 엔진에서 가스나 물질을 분사하며 지면을 밀어내는 힘으로 비행체가 뜨는것을 의미합니다. 프로펠러를 회전시켜 공기를 지면으로 수직하게 튕겨내며 드론 비행체가 뜨는것이죠. 이렇게 날아가는 비행체로는 드론을 포함하여 헬리콥터, 로켓 등이 있습니다.
Q. 헬리콥터는 어떤 원리에 의해서 공중에 뜰수 있나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.헬리콥터는 프로펠러로 공기를 밀어내며 작용-반작용으로 뜨게됩니다.작용-반작용은 프로펠러에서 공기들을 지면으로 밀어내는 힘이나 엔진에서 가스나 물질을 분사하며 지면을 밀어내는 힘으로 비행체가 뜨는것을 의미합니다. 프로펠러를 회전시켜 공기를 지면으로 수직하게 튕겨내거나 엔진에서 가스나 물질을 분사해 비행체가 뜨는것이죠. 이렇게 날아가는 비행기는 헬리콥터, 드론, 로켓 등이 있죠.
Q. 우주가 한 점이었을땐 이 세상은 “무” 그 자체였나요??
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.빅뱅이론은 우주의 탄생을 설명할 수 있는 이론들 중 가장 유력한 이론입니다. 하지만 빅뱅 이론이 정확하게 맞는 이론이라고 쳐도 우리는 빅뱅 이전의 세상에 대해 알 수 없습니다. 왜냐하면 현재로썬 빅뱅 이전의 현상에 대해 어떠한 관측을 할 수 없으며, 어떤 이유로 빅뱅이 일어났는지는 알 수 없기 때문입니다. 또한 빅뱅 이전은 우리 우주 밖의 일이라고 할 수 있습니다. 우리 우주에 대해서 아직 전부를 파악한 것이아니고, 우리는 우주의 전 부분을 관측할 수 있는 것도 아니기 때문입니다.
Q. 바퀴나 팽이가 굉장히 빠른속도로 돌면 원래 도는 방향과 반대로 도는것처럼 봅이는데, 이런 현상은 왜 생기는 건가요??
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.우리가 감지할 수 있는 주파수를 넘기게 되면 팽이, 차량 바퀴가 역순으로 이동해 보일 수 있습니다. 이는 우리가 일상에서 경험할 수 있는데 손가락을 펼쳐 좌우로 빠르게 흔들면 잔상이 남는 것과 같습니다. 즉, 가끔 차량을 타고가다 옆에 이동하는 차량의 바퀴를 보면 거꾸로 움직여보일 때 시각으로 감지하는 한계 때문에 뇌의 착각을 일으키는 것이죠. 그리고 이러한 현상을 스트로보 효과라고합니다.