안녕하세요 김두환 전문가입니다.
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.
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.
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.)
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.
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.