안녕하세요. 이웃집 천체물리학자 이상민 전문가입니다.
Q. 공학과 과학의 차이는 무엇인가요?
안녕하세요. 이상민 과학전문가입니다.공학과 과학은 서로 관련이 있지만, 그들의 목표와 방법론에서 중요한 차이가 있습니다. 과학은 우리 주변의 세상을 이해하려는 노력입니다. 과학자들은 자연 현상을 관찰하고, 이론을 만들어, 실험을 통해 그 이론을 검증합니다¹. 과학의 주요 목표는 지식을 확장하고, 우리가 살아가는 세상에 대한 이해를 깊게 하는 것입니다. 반면에, 공학은 이러한 과학적 지식을 사용하여 실제 문제를 해결하고, 새로운 기술을 개발하는데 초점을 맞춥니다. 공학자들은 과학적 원리를 적용하여 제품, 시스템, 또는 프로세스를 설계하고, 구축하며, 유지 관리합니다. 간단하게 말하면, 과학은 우리가 세상을 어떻게 이해하는지에 대한 질문에 답하려고 하며, 공학은 그 지식을 어떻게 사용할 수 있는지에 대한 질문에 답하려고 합니다. 이 두 분야는 서로 상호 작용하며, 과학은 새로운 기술의 가능성을 열어주고, 공학은 그 기술을 실현시킵니다.
Q. 달모양은 왜 바뀌는거죠? 무슨 원리죠?
안녕하세요. 이상민 과학전문가입니다.달의 모양이 변하는 이유는 달이 지구 주위를 공전하면서 태양빛을 받는 면이 달라지기 때문입니다. 달은 지구 주위를 공전하는 데 약 29.5일이 걸리며, 이 공전하는 동안 태양빛을 받는 면이 달라지기 때문에, 지구에서 보는 달의 모양이 매일매일 바뀌게 됩니다. 달은 항상 같은 면을 지구를 향하고 있습니다. 따라서, 지구에서 보았을 때 달의 모양은 달이 지구 주위를 공전하는 동안 태양의 빛을 받는 부분이 달라지기 때문에 변합니다. 달이 지구를 중심으로 공전하면서 위치가 달라지면 지구, 달, 태양이 만드는 각도가 달라집니다. 그래서 지구에서 보는 달의 밝은 부분이 달라져 달의 모양이 변하는 것입니다.
Q. 양자 컴퓨터는 어떻게 동작하나요??
안녕하세요. 이상민 과학전문가입니다.양자 컴퓨터는 '중첩'과 '얽힘'이라는 두 가지 특별한 양자 현상을 활용하여 동작합니다.- 중첩(superposition): 양자 입자는 0과 1 둘 중 한 상태로만 존재하는 것이 아니라 동시에 여러 상태로 존재하는 원리- 얽힘(entanglement): 두 개의 양자 입자가 아무리 멀리 떨어져 있더라도 신비하게도 서로 연결을 유지하는 현상을 말하며, 이는 한 입자가 변경되면 다른 입자도 물리적인 연결 없이 즉시 변경됩니다.이 두 가지 현상을 통해 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 동작하며, 매우 복잡한 문제를 해결할 수 있습니다. 양자 컴퓨터의 동작은 양자 게이트 연산을 통해 이루어집니다. 양자 게이트는 큐비트(quantum bit; qbit)에 대한 변환을 수행하며, 이러한 게이트 연산을 조합하여 복잡한 계산을 구현할 수 있습니다.그러나 양자 컴퓨터의 동작 원리는 이론적으로 다소 복잡하고 직관적으로 혼란스럽습니다. 양자 컴퓨터의 주요 단점은 그 강점과 동일합니다: 양자 결맞음. 큐비트 연산은 양자파동함수가 상태 사이에 중첩된 상태에서 수행되기 때문에 1과 0 상태를 동시에 사용하여 연산을 수행할 수 있습니다. 그러나 양자 시스템에 대해 모든 유형의 측정이 이루어지면 결맞음이 무너지고 파동 함수가 단일 상태로 붕괴됩니다.
Q. 진공청소기는 어떤 과학적 원리로 작동되는지요?
안녕하세요. 이상민 과학전문가입니다.진공청소기의 원리는 공기의 압력차를 이용하는 것입니다. 진공청소기 내부의 모터가 빠르게 회전하여 공기를 밖으로 뽑아내면, 내부의 기압이 외부보다 낮아집니다. 그러면 외부의 공기가 호스를 통해 내부로 빨려들어오게 되는데, 이때 먼지나 이물질도 함께 들어오게 됩니다. 들어온 공기는 먼지봉투나 원심분리기 등의 장치로 먼지를 걸러내고, 깨끗한 공기는 다시 밖으로 나가게 됩니다.
Q. 은하수가 특정 나라에서만 보이는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 이상민 과학전문가입니다.은하수가 보이지 않는 나라는 없습니다. 왜냐하면 은하수란 태양계가 살고 있는 우리은하가 밤하늘에서 하늘을 길게 가로지르며 보이는 무수히 많은 별들의 집합체이기 때문에 지구상 어디서든 볼 수 있습니다. 그러나 광공해가 심하면 보이질 않습니다. 광공해란 인공적인 빛이 밤하늘의 별빛을 가리는 현상을 말합니다. 광공해가 심하면 은하수는 물론이고, 밝은 별들도 잘 보이지 않습니다. 은하수를 보기 위해서는 광공해가 적고, 달이 뜨지 않고, 날씨가 맑은 곳을 찾아야 합니다. 우리나라에서는 지리산이나 화천 광덕산 등이 은하수를 관측하기 좋은 곳으로 알려져 있습니다. 은하수는 우리 은하의 면을 지구에서 본 모습이며, 약 2천억에서 4천억 개의 별들로 이루어져 있습니다. 은하수의 나이는 약 132억 년으로, 우주의 나이(약 138억 년)와 거의 비슷합니다. 은하수는 막대나선은하의 형태를 하고 있으며, 은하의 중심은 궁수자리 방향에 있습니다.