안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
물리
Q. 핵폭탄의 위력은 충격파에서 나온다던데, 어떤 원리이고 왜 위협적인지 설명해주세요~
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.핵폭탄은 원자폭탄과 수소폭탄, 중성자폭탄으로 크게 나뉜다. 모두 가공할 위력을 지녔으며, 실전에서는 제2차세계대전 때 미국이 일본에 투하한 원자폭탄 두 발이 유일하다. 일본 히로시마에 투하된 원자폭탄으로 14만여명이 몰살했다. 자연 상태에서 경험할 수 없는 초속 70m의 열폭풍과 충격파, 고열.방사능은 투하 지점 근처의 모든 생물을 죽여버린다. 이들은 물질 구성의 근본인 원자의 핵을 쪼개거나 다른 핵과 합하는 방법으로 폭발력을 얻는다고 해서 핵폭탄이라 부른다.폭약으로 우라늄이나 플루토늄을 사용한다. 우라늄은 자연에 많이 있으나 플루토늄은 인공으로 만든 물질이다. 즉, 원자로에서 우라늄을 태우면 그 일부가 플루토늄으로 변한다.폭약으로 사용하는 우라늄은 10~15㎏을 한데 뭉쳐 놓으면 각각의 핵이 스스로 쪼개지면서 터지는 성질이 있다. 하나의 핵이 쪼개질 때 그 핵에서는 중성자라는 것이 튀어 나온다. 그 중성자는 그 옆의 핵을 때려 역시 중성자가 빠져 나오게 한다. 이런 일이 순식간에 연쇄적으로 일어나면서 엄청난 폭발력을 낸다. 핵은 쪼개지거나 합해질 때 엄청난 양의 에너지를 뿜어내는 성질이 있다. 폭발할 때는 1초도 안 되는 순간에 수천~수만도의 고열과 폭풍.충격파를 만든다. 원자력 발전은 이런 에너지가 천천히, 조금씩 나오게 조절해 그 열로 전기를 생산하는 것이다.
지구과학·천문우주
Q. 우주에 있는 장을 합하면 나오는 17개의 입자에 대해 알려주세요~
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.우주의 급팽창 시기가 끝난 이후 우주의 속도는 느려졌지만 팽창은 계속되는데이때 온도가 떨어지고 우주에 녹아 뒤섞여 있던 입자 들이 드디어 분리되어그 모습을 드러내기 시작했다.이때 17개의 기본 입자가 등장, 이들은 우리가 만지고 볼수 있는 물질이 되는 페르미 온 입자 12개와,물질들 사이에서 작용하는 힘을 매개하거나, 물질의 질량 부여에 관여하는 보손입자 5개였어요헬륨원자를 보면 원자핵과 전자로 이루어졌어요원자핵은 중성자와 양성자로 이루어져 있지요하지만 이 중성자와 양성자는 6종류의 쿼크와 6종류 의 렙톤으로 이루어져 있으며, 쿼크는 강한 상호작용을, 렙톤은 약한 상호작용을 하 _ 는 입자예요그리고 양성자를 쪼개면 3개의 쿼크말고도 보손입자인 글루온이 나오는데요마치 풀질을 하듯 쿼크입자들을 묶는 역할을 한대요우주에는 이런 상호작용을 하는 힘이 4가지가 존재하는데 중력, 전자기력, 약력, 강력이라고 한다모든 입자는 페르미온과 보손 둘 중 하나다기본 입자인 쿼크와 렙톤을 페르미온이라고 부른다.반 정수의 스핀을 가진다렙톤은 자유롭게 존재하며 파울리 베타 원리를 만족한매개 입자는 보손이라고 부른다. 정수의 스핀을 가진. 게이지 보손은 스핀이 1인 입자다 1) 광자는 전자기파의 매개입자인데 질량과 전하가 0이다2) 글루온은 장력의 매개입자인데 쿼크와 함께 강입자를 구성한다3) W 보손, 2 보손은 약력의 매개입자인데 큰 질량을 _ 가지고 단거리에만 적용된다 힉스 보손은 스핀 0 인 입자다 중력자는 중력을 매개하는 입자인데 스핀이 2다
지구과학·천문우주
Q. 무지개는 어떤 과학적 원리로 생성되는지요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.무지게는 빛이 산란되면서 공기중의 수분에 부딪히고 나서 다양한 색상으로 보이게 됩니다. 그 색상이 보통 무지개 7가지 색이며. 노을의 경우 붉은색이 더욱 산란되면서 붉게 보이게 됩니다.
화학
Q. 떡이나 빵을 전자렌지로 데우면 질겨지거나 딱딱해지는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.떡빵 뿐만 아니라 고기유 및 채소들도 마찮가지 입니다. 전자파가 수분을 데우면서 수분이 날라가서 건조해 지면서 타거나 굳게 됩니다.
생물·생명
Q. 겨울잠을 자는 동물 중에서 새 종류도 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.겨울잠을 자는 동물들이 있습니다. 곰, 개구리, 뱀 등이구요. 다른 동물들은 털이 많아져서 겨울잠이 필요 없습니대. 새의 경우 추위를 피해서 이동하기에 겨울잠을 자지 않습니다.
토목공학
Q. 치타 얼굴에 있는 검은 세로줄은 어떤 역할을 하나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.약점을 극복하고 살아남기 위한 치타의 처절한 생존 전략은 여기서 그치지 않습니다. 치타를 상징하는 얼굴의 두꺼운 검은색 줄도 사냥을 위해 생긴 것입니다. 치타 얼굴에 있는 검은 줄은 보기 좋으라고 있거나 다른 동물을 위협하기 위한 용도는 아닙니다.검은 줄은 눈물선을 따라 두 눈 안쪽에서 입의 가장자리로 나 있는데, 이 줄들은 햇빛으로 인한 눈부심을 줄여주는 역할을 합니다. 마치 야구선수들이 낮 경기할 때 눈부심을 방지하기 위해 눈 밑에 스티커를 붙이는 것과 같은 이치입니다.표범과 호랑이도 검은 줄이 있지만, 이들은 눈 안쪽을 따라 난 검은 선이 없습니다. 이게 다른 종과 치타를 구분할 수 있는 특징이라고 할 수 있죠. 흔히 대부분의 고양이과 동물이 야행성인 것과 달리 치타는 낮에 평원에서 활동하는 주행성 동물입니다. 결국 낮에 사냥을 할 때 태양의 눈부심이 활동에 지장을 주지 않도록 대책이 필요했던 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 태양계와 비슷한 행성은 발견되었나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.최근 ESO(European Southern Observatory)에서는 '태양계 2.0'이라고 이름 붙일 수 있을 정도로 태양계와 닮은 항성계를 발견하였다. 고래자리(Cetus)방향으로 약 200광년 떨어져 있는 항성 HIP 11915는 우리 태양계와 매우 비슷한 환경의 항성계를 가지고 있을 것으로 추정된다. 우선 모항성 HIP 11915가 태양과 거의 같은 질량과 나이를 보이고 있으며 스펙트럼까지 태양과 비슷하다. 특히 스펙트럼은 HIP 11915 항성계의 전반적인 화학 조성이 태양계와 비슷하다는 것을 보여주고 있으며, 이를 통해 HIP 11915 항성계에서도 태양계와 비슷한 암석형 행성들이 존재할 것이라고 예측할 수 있다. 또한, HIP 11915 항성에서 정확히 태양과 목성의 거리만큼 떨어진 곳에 목성과 질량이 비슷한 행성이 궤도 운동을 하고 있다는 사실이 밝혀졌다. 이는 단순히 하나의 행성이 태양계의 행성과 비슷하다는 것보다 더 중요한 사실을 암시하고 있다. 앞서 예로 들었듯이 태양계에서 목성, 토성과 같은 거대 가스행성들이 태양계 전체의 중력 안정성에 미치는 영향은 매우 크다고 할 수 있다. 그러므로 질량과 모항성까지의 거리가 비슷한 행성이 모항성을 공전하고 있다는 것은 행성을 포함한 HIP 11915 항성계 전체의 물질 분포가 태양계와 비슷하다는 의미이다.
생물·생명
Q. 고농도의 염화칼륨용액을 사람한테도 투입하면 모든근육이 수축하나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.염화칼륨은 의약품 제조에도 사용되는데, 심장 질환 치료를 위한 약물로 사용되기도 한다. 염화칼륨은 심장 세포의 전기신호를 규칙적으로 조절하여 심장근육 수축을 조절하고 심장 박동을 정상화시키는 역할을 한다. 이러한 특성 때문에 염화칼륨은 마그네슘와 함께 심리부전 치료에 사용되기도 한다.
전기·전자
Q. 양자역학에 대한 기본원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.양자역학(量子力學, 영어: quantum mechanics, quantum physics, quantum theory)은 분자, 원자, 기본 입자(전자, 소립자 원자핵 등) 미시적인 계의 현상을 다루는 즉, 물리계의 아주 작은 입자들을 연구하는 물리학의 분야이다. 또는 아원자 입자 및 입자 집단을 다루는 현대 물리학의 기초 이론이다. '아무리 기이하고 터무니없는 사건이라 해도, 발생 확률이 0이 아닌 이상 반드시 일어난다'(Anything that is possible will happen)는 물리학적 아이디어에 기초한다.[1] 양자역학의 양자는 물리량에 기본 단위가 있으며, 그 기본 단위에 정수배만 존재한다는 뜻을 담고 있다. 현대 물리학의 기초인 양자역학은 컴퓨터의 주요 부품인 반도체의 원리를 설명해 주고, "물질의 운동이 본질적으로 비결정론적인가?" 라는 의문을 제기하며 과학기술, 철학, 문학, 예술 등 다방면에 중요한 영향을 미쳐 20세기 과학사에서 빼놓을 수 없는 중요한 이론으로 평가된다.
전기·전자
Q. 플라즈마는 왜 현대과학이 주목하고 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.플라즈마란 초고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체 상태를 말한다. 이때 전하 분리도가 상당히 높으면서도 전체적으로 음과 양의 전하 수가 같아서 중성을 띠게 된다.일반적으로 물질의 상태는 고체·액체·기체 등 세가지로 나눠진다. 플라즈마는 흔히 ‘제4의 물질 상태’라고 부른다. 고체에 에너지를 가하면 액체·기체로 되고, 다시 이 기체 상태에 높은 에너지를 가하면 수만℃에서 기체는 전자와 원자핵으로 분리되어 플라즈마 상태가 되기 때문이다.플라즈마를 만들려면 흔히 직류·초고주파·전자빔 등 전기적 방법을 가해 플라즈마를 생성한 다음, 자기장 등을 사용해 이런 상태를 유지하도록 해야 한다. 일상생활에서 플라즈마를 이용하려면 이처럼 인공적으로 만들어야 하지만, 우주 전체를 보면 플라즈마가 가장 흔한 상태라고 할 수 있다. 우주 전체의 99%가 플라즈마 상태라고 추정된다.양자, 중성입자, 이온 등 입자들로 나누어진 상태. 이때는 전하 분리도가 상당히 높으면서도 전체적으로 음과 양의 전하수가 같아서 중성을 띠게 된다. 전자가 열을 받아 원자에게서 자유로워지면 끝이기 때문에 당연히 어떤 원소든 플라즈마화 될 수 있으며, 전자의 탈출로 인해 전하를 띠기 때문에 전자기장으로 가두거나 특정 방향으로 가속시킬 수도 있다. 이를 실제로 특정 방향으로 가속하는 방법으로 이용한 것이 우주선 등에 쓰이는 이온 엔진이고 적절한 밀도와 열을 가진 플라즈마를 임의의 시간하에 전자기장으로 가두는 것이 핵융합 발전의 핵심이다.