Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 빛은 직선으로 이동하지만, 왜 중력에 의해 휘어질 수 있을까요?
안녕하세요. 빛이 직선으로 이동하는 것은 일반적인 물리 법칙의 한 예 입니다. 뉴턴의 운동 법칙에 따라 질량이 없는 빛은 중력의 영향을 받지 않을 것이라고 예상할 수 있습니다. 그러나 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 이러한 개념을 재정립하였습니다. 일반 상대성이론에 따르면, 중력은 물체의 질량이 시공간을 왜곡시키는 현상으로 설명됩니다. 이 왜곡된 시공간은 질량을 가진 물체뿐만 아니라 빛과 같은 질량이 없는 입자의 경로에도 영향을 미칩니다. 빛이 중력의 영향으로 굴절되는 현상은 중력 렌즈 효과라고 불리며, 이는 먼 우주의 거대한 질량을 가진 물체(ex : 은하)가 뒤에 있는 다른 천체의 빛을 휘게 함으로써 발생합니다. 이러한 중력 렌즈는 뒤에 있는 천체의 빛이 거대한 질량을 가진 물체에 의해 왜곡된 시공간을 통과할 때 빛의 경로가 휘어지면서 나타납니다. 이 현상은 천문학자들이 더 멀리 있는 천체들을 관찰할 수 있게 해주며, 우주의 구조와 질량 분포를 이해하는데 중요한 도구로 활용됩니다.
Q. 물고기는 진화 과정에서 언제부터 부레를 가지게 되었나요?
안녕하세요. 물고기의 부레(air bladder) 또는 부유 방광(swim bladder)은 물 속에서의 부력 조절을 돕는 중요한 기관입니다. 이 부레는 원시적인 어류에서부터 진화하였으며, 대략 4억 년 전 실루리아기(Silurian period)에서 데본기(Devonian period)로 넘어가는 시기에 처음으로 나타난 것으로 추정됩니다. 초기의 어류는 부레가 없는 형태였으며, 이후 생태적 및 생물학적 필요에 의해 부레를 발달시키게 되었습니다. 부레의 주요 기능은 수중에서의 부력을 조절하여 물고기가 에너지를 덜 소모하면서도 안정적으로 수영할 수 있도록 하는 것입니다. 이 기관은 주로 뼈대어류(osteichthyes)에 나타나며, 특히 연골어류(chondrichthyer) 같은 다른 일부 어류에서는 부레가 없습니다. 부레가 없는 어류들, 예를 들어 상어와 가오리는 다른 방식으로 부력을 조절합니다. 이들은 간에서 기름을 많이 생성하여 상대적으로 가벼운 몸을 유지하거나, 물을 지속적으로 통과시키면서 수영하는 방법으로 부력을 조절합니다. 진화적으로 부레가 없는 어류들은 더 원시적인 형태를 유지하고 있는 것으로 간주됩니다. 이들은 진화의 초기 단계에서 분기되었으며, 그 결과로 다양한 생물학적 특성과 생태적 전략을 개발하였습니다.
Q. 물리에서 가장 기본적이고 중요한 개념들은 무엇인가요?
안녕하세요. 물리학의 기본 개념들은 자연 현상을 이해하고 설명하는데 반드시 활용되는 중요한 역할을 합니다. 이 중에서도 힘, 운동, 에너지는 물리학의 핵심을 이루며, 이들은 서로 밀접하게 연관되어 있습니다. 힘(Force)은 물체의 운동 상태를 변화시킬 수 있는 외부 요인으로 작용하며, 뉴턴의 운동 법칙(Newton`s laws of motion)에 따라 이해됩니다. 특히 뉴턴의 제2법칙 F = ma (힘 = 질량 x 가속도)은 힘과 가속도, 질량 간의 관계를 명확히 규정짓고 있습니다. 운동(Motion)은 물체가 시간에 따라 위치를 어떻게 변화시키는지를 설명하는 개념으로, 속도(Velocity)와 가속도(Acceleration)를 통해 정량화됩니다. 물체의 속도가 시간에 따라 어떻게 변하는지를 관찰함으로써 가속도를 계산할 수 있습니다. 이와 같은 운동의 분석은 물리학에서 근본적인 문제 해결을 위한 기본 도구로 활용됩니다. 에너지(Energy)는 작업을 수행할 수 있는 능력으로 정의되며, 힘의 작용으로 인해 에너지가 물체에 전달될 수 있습니다. 에너지는 운동 에너지(Kinetic Energy), 위치 에너지(Potential Energy), 열 에너지(Thermal Energy) 등 다양한 형태로 존재하며, 에너지 보존의 법칙(Law of Conservation of Energy)에 따라 에너지는 소멸되지 않고 다른 형태로 변환됩니다.
Q. 빛보다 빠른 물체는 정말로 과거로 갈 수 있나요?
안녕하세요. 빛보다 빠른 속도로 이동하는 것은 현재 존재하는 물리법칙에 따르면 불가능합니다. 상대성이론에 의하면, 빛의 속도는 진공에서의 최대 속도이며, 어떤 물질도 이 속도를 초과할 수 없습니다. 빛의 속도를 초과하는 것이 이론적으로 가능하다고 가정할 경우, 이것이 과거로의 시간 여행을 가능하게 할지에 대한 문제는 여전히 물리학자들 사이에서 토론의 대상입니다. 과학자들이 고려한느 이론 중 하나는 타키온이라는 가상의 입자에 관한 것입니다. 타키온은 빛보다 빠르게 이동할 수 있다고 가정되는 입자로, 이 입자들이 실제로 존재한다면 상대성이론의 일부 방정식에 따라 시간을 역행할 수 있는 특성을 가질 수 있습니다. 그러나 현재까지 타키온은 순전히 이론적인 개념이며, 실제로 관측되거나 실험적으로 증명된 적이 없습니다. 또한, 빛의 속도를 초과하는 것이 이론적으로 가능하다고 해도, 이것이 어떻게 시간 여행으로 연결될 수 있는지에 대해서는 명확한 과학적 이해가 부족합니다. 상대성이론에 따르면, 시간은 속도와 중력에 의해 영향을 받아 변할 수 있지만, 이것이 과거로의 직접적인 여행을 가능하게 하는 것은 아닙니다.
Q. 과확적으로 봤을때 추울때 목과 손발중 어느부위를 따뜻하게 하는게 더 효과적인가요?
안녕하세요. 과학적으로 보았을 때, 목을 따뜻하게 유지하는 것이 중요합니다. 목에는 다양한 혈관이 집중되어 있으며 이 혈관들은 뇌로 향하는 중요한 혈액의 흐름을 조절합니다. 목을 따뜻하게 하는 것은 혈액 순환을 개선하고 중추 신경계의 온도를 적절하게 유지하는데 도움을 줍니다. 이로 인해 전체 체온이 더 잘 유지 될 수 있고, 몸통보다 직경이 작은 목을 지나갈때 혈액의 온도가 낮아질 수 있기 때문입니다. 또한, 손과 발도 중요하지만 이 부위들은 체온의 균형을 유지하는 면에서는 목만큼 중요하지 않을 수 있습니다. 손과 발은 체온 조절의 일부로 작동하여 더위나 추위에 따라 혈관이 확장되거나 수축합니다. 추운 환경에서는 손과 발의 혈관이 수축하여 혈액이 신체 중심부로 유입되도록 하여 주요 장기들의 온도를 유지하는데 도움을 줍니다. 따라서 손과 발이 차가워도 심각한 체온 저하로 이어지지 않을 수 있습니다.