안녕하세요 김두환 전문가입니다.
기계공학
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.
지구과학·천문우주
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.
생물·생명
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.
전기·전자
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.
지구과학·천문우주
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.
지구과학·천문우주
Q. 우주공간에서 우주선이 폭발하면 불꽃이 생기나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.우주공간에서 우주선이 폭발하면 불꽃이 생길 수 있습니다. 왜냐하면 우주선 내에는 산소가 존재하며, 연료로 액화 산소, 액화 수소 등을 사용할 수도 있기 때문입니다. 물론 폭발 후 순식간에 사방으로 흩어져 사라지게되죠.
지구과학·천문우주
Q. 암흑물질이 있다는 것은 어떻게 아나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.암흑물질이 어떤 입자로 이루어져 있는지 밝히진 못하였습니다. 하지만, 암흑물질의 존재를 가정하게 되면 기존 이론으로 설명하지 못한 현상들을 설명할 수 있습니다. 암흑물질이란 질량을 가지고 있어 중력에 의한 상호작용(힘을 받거나 행할 수 있음)은 가능합니다. 하지만, 전자기력과 상호작용하지 않는 물질입니다. 즉, 전자기력과 상호작용하지 않는다는 것은 전기적 중성이며 빛과 상호작용하지 않는다는 의미이고 눈으로 보이지 않는다는 의미입니다. 암흑물질은 중력과 상호작용하기 때문에 증거가 되는 현상들이 있습니다. 그 현상들로는 은하 내의 은하 중심으로부터 거리에 따른 행성과 별의 공전 속도 그래프, 중력 렌즈 효과, 총알 은하단 등이 있습니다. 이러한 현상은 물질들, 천체들에 의한 중력으로 해석되는 현상입니다. 하지만 눈에 보이는 물질들의 중력만으로는 관측된 데이터를 해석하는데 한계가 있으며, 보이는 질량보다 더 큰 질량이 있어야한다는 사실로부터 암흑물질을 도입한 것이죠.
지구과학·천문우주
Q. 1광년은 거리가 어느정도 되는것 입니까?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.광년이란 빛의 속력(대략 30만km/s)으로 1년동안 간 거리입니다.1광년은 약 9조 4607억km정도입니다.지구 둘레를 2억2525만 5천번 돈 거리입니다.
토목공학
Q. 기차에서 안전벨트는 왜 안하는가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.기차, 지하철, ktx는 출발이나 정지시 천천히 시간을 두고 속력을 변화시킵니다. 즉, 급발진 급정거의 위험이 없죠. 그리고 기차간 충돌이 없고, 외부의 거대한 물체와 충돌할 확률이 없기 때문에 안전벨트가 필요하지 않아 설치하지 않죠. 또한 전방에 물체가 놓이면 미리 보고를 받거나 멀리서 식별하여 천천히 제동을 걸기 때문에 안전벨트가 필요하지 않습니다.
지구과학·천문우주
Q. 블랙홀은 관측이 가능한가요??
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.빛조차 흡수하는 블랙홀을 볼수는 없습니다. 하지만, 블랙홀의 강한 중력으로 주변의 빛을 휘게 만들게 되는데, 주변으로 휘어진 빛을 관측하거나 주변 천체의 운동을 관측함으로써 블랙홀의 존재를 확인할 수 있습니다. 블랙홀 자체를 보는 것은 불가능합니다.또한, 합성한 것이 아니며 블랙홀 주변의 빛을 분석해 가시광선 빛으로 변환하여 바꿔 보여주는 것이죠.