Doctor of Public Health 전상훈입니다
물리
Q. 입자와 파동의 차이점은 무엇인가요?
안녕하세요. 물리학에서 입자와 파동의 구분은 전통적으로 그들이 나타내는 특성과 상호작용 방식에 기반을 둡니다. 입자는 정량화된 물리적 성질을 지니는 반면, 파동은 공간을 통해 에너지를 전달하는 연속적인 매개체로 설명됩니다. 입자는 고유한 질량(mass)과 부피(volume)를 가지며, 특정 위치(position)에 존재할 수 있습니다. 입자의 운동은 뉴턴의 운동 법칙(Newton`s Laws of motion)에 따라 설명되며, 입자 간의 상호작용은 충돌(collision)을 통해 일어납니다. 예컨데, 전자(electrons)와 양성자(protons)는 뚜렷한 질량을 가진 입자로서 원자핵을 형성합니다. 파동은 에너지의 전파 현상으로, 매질을 통해 진동(oscillation)을 전달하면서 이동합니다. 파동은 주파수(frequency), 파장(wavelength), 진폭(amplitude) 등의 특성을 지니고, 간섭(interference), 회절(diffraction), 굴절(refraction) 등의 특성정 현상을 보입니다. 빛(light)과 소리(sound)는 파동의 일반적인 예입니다. 빛은 고전적으로 파동으로 간주되었으나, 양자역학의 발전으로 빛이 입자적 성질을 지닌다는 것이 밝혀졌습니다. 이 이중성은 빛이 파동처럼 행동할 수도 있고 입자처럼 행동할 수도 있음을 의미합니다. 예컨데, 빛이 파동의 형태로 간섭과 회절을 나타낼 때, 파동 이론이 적합합니다. 반면, 광전 효과(photoelectric effect)와 같이 빛이 전자를 물질로부터 방출시키는 현상은 빛의 입자적 성질인 광자(photon) 개념으로 설명됩니다. 양자역학에서의 광자 개념은 빛이 에너지를 양자화된 단위인 광자로 전달한다는 것을 의미하며, 이 광자는 무질량의 입자로, 빛의 속도로 이동합니다. 이와 같은 복합적인 성질은 빛의 행동을 설명할 때 양자적 및 고전적 설명이 모두 필요함을 시사합니다.
물리
Q. 양자역학에서 왜 과거와 미래가 없다고 하나요?
안녕하세요. 양자역학에서 시간의 개념은 고전 물리학에서의 전통적인 해석과 상당히 다르게 접근됩니다. 특히, 양자역학의 기본 원리들은 시간이라는 개념에 대해 새로운 통찰을 제공합니다. 이와 관련하여, 양자역학에서 과거와 미래가 없다고 언급되는 것은 시간이 관측자의 관측에 의존적이라는 사실과 밀접한 관련이 있습니다. 양자역학에서는 미시적 입자들이 여러 상태의 중첩(superposition)으로 존재할 수 있습니다. 이 중첩 상태는 파동 함수(wave function)로 표현되며, 관측이 이루어질 때까지 입자는 모든 가능한 상태들을 동시에 가지고 있다고 할 수 있습니다. 관측이 이루어지는 순간, 파동 함수는 특정한 결과로 붕괴(collapse)되어 입자의 상태가 결정됩니다. 이 과정은 관측되기 전의 시간에는 다양한 가능성이 공존한다는 것을 의미하며, 고전적인 의미에서의 과거라는 개념이 모호해집니다. 헤이젠베르크의 불확정성 원리(Heisenberg Uncertainty Principle)는 위치와 운동량 뿐만 아니라 시간과 에너지에도 적용됩니다. 이 원리에 따르면, 시간과 에너지의 측정에는 서로 반비례하는 불확정성이 존재합니다. 이는 짧은 시간 동안에는 에너지의 변화를 정확히 측정하기 어렵다는 것을 의미하며, 시간의 절대적인 흐름보다는 특정 상태와 관련된 시간적 속성들이 더 중요하게 다루어진다는 점을 강조합니다. 시간의 영원성이라는 표현은 시간이 양자역학적으로 언제나 존재한다는 개념을 나타냅니다. 시간은 단순히 과거에서 미래로 흐르는 선형적 개념이 아니라, 모든 양자적 사건들이 발생하는 배경으로서 지속적으로 존재합니다. 이러한 관점에서 보면, 시간은 과거, 현재, 미래의 구분 없이 항상 '있음'을 의미하며, 양자역학에서는 이러한 시간의 특성이 모든 물리학적 현상의 기본적인 토대를 이룹니다. 양자역학의 이러한 해석은 고전 물리학에서의 시간 이해와 근본적으로 다르며, 현대 물리학에서 시간과 공간의 본질에 대한 더 깊은 이해를 가능하게 합니다.
화학
Q. 물을 얼리면 왜 기본적으로 기포가 생기는 것인지요 ?
안녕하세요. 얼음이 형성될 때 내부에 기포가 생기는 현상은 결빙 과정에서 포함된 공기와 불순물의 영향으로 설명될 수 있습니다. 가정에서 사용하는 냉동실에 의한 얼음 생성 과정은 일반적으로 냉동실의 모든 방향에서 동시에 차가워지므로 물 속의 공기가 빠져나가기 어렵고, 이 공기가 얼음 속에 갇혀 기포를 형성합니다. 이러한 기포는 얼음을 불투명하게 만들며, 물 속에 존재하는 미네랄이나 기타 불순물들이 얼음 결정화 과정 중 중심점으로 작용하여 더욱 불규칙한 얼음을 만들 수 있습니다. 반면, 상업적으로 사용되는 제빙기에서 생성된 얼음은 고도로 정제된 물을 사용하며, 특별히 설계된 냉각 시스템을 통해 물을 얼립니다. 제빙기는 일반적으로 물을 위에서 아래로 또는 반대 방향으로 서서히 얼리는 방식을 사용하여, 물이 결빙하면서 자연스럽게 공기를 밀어내고 불순물을 제거합니다. 이러한 과정을 통해 물이 얼면서 공기와 불순물이 적절히 분리되어, 최종적으로는 투명한 얼음이 형성됩니다. 또한, 제빙기는 여과 시스템을 통해 물을 연속적으로 순환시키고 정화하여, 얼음이 깨끗하고 투명하게 유지될 수 있도록 합니다. 따라서, 가정용 얼음과 상업용 얼음의 차이는 주로 사용된 물의 품질, 얼음을 형성하는 과정의 기술적 차이, 얼음 형성 시 불순물을 제거하는 과정의 유무에서 기인합니다. 이러한 요인들이 종합적으로 작용하여 얼음의 투명성과 질감에 영향을 미치며, 이는 얼음의 사용 목적과 기능성에 직접적인 영향을 끼칩니다.
생물·생명
Q. 호모사피엔스가아닌 다른 유인원들도 언어가 있었나요?
안녕하세요. 네안데르탈인이나 호모 에렉투스와 같은 인류의 조상들에게 언어의 존재 여부는 인류학, 언어학, 신경과학의 중요한 연구 주제입니다. 이러한 연구는 고대 인류의 화석, 고고학적 유적, 유전자 연구를 통해 접근되고 있으며, 이들의 언어 능력을 직접적으로 증명하는 것은 어렵지만, 몇 가지 간접적인 증거를 통해 언어 사용의 가능성을 추론할 수 있습니다. 네안데르탈인은 비교적 최근까지 존재했던 인류의 한 종으로, 현대 인간과는 다른 진화적 경로를 걸었습니다. 과학자들은 네안데르탈인의 해부학적 특성과 유전적 데이터를 분석하여 그들이 언어 능력을 가졌을 가능성이 높다고 추정합니다. 예컨데, 네안데르탈인의 후두뼈는 현대 인간과 유사하게 위치해 있어, 복잡한 음성을 생성할 수 있는 해부학적 구조를 가졌음을 시사합니다. 또한, FOXP2유전자, 이른바 '언어 유전자'라고 불리는 유전자의 변형도 네안데르탈인과 현대 인간에게서 유사하게 발견되었습니다. 이 유전자는 언저 처리와 관련된 중요한 유전자로, 그들이 일정 수준의 언어적 능력을 가졌을 가능성을 제시합니다. 호모 에렉투스 보다 오래전에 살았던 인류 종으로, 복잡한 도구 사용과 초기의 사회적 협력을 보여주는 고고학적 증거가 있습니다. 이러한 행동들은 어느 정도의 의사소통 능력을 요구할 것으로 추정되지만, 호모 에렉투스가 현대 인간처럼 발달된 언어를 사용했는지에 대해서는 더 많은 증거가 필요합니다. 그들의 뇌 용량과 기타 해부학적 특성들을 고려할 때, 간단한 의사소통 체계는 있었을 것으로 보이지만, 복잡한 언어 사용에 대한 직접적인 증거는 아직 부족합니다. 현대적 의미에서의 '언어'는 특정한 음성 기호를 사용하여 복잡한 개념을 전달하고, 추상적인 생각을 표현하는 능력을 포함합니다. 이러한 언어 능력이 네안데르탈인이나 호모 에렉투스에게 있었는지는 아직 확실히 알 수 없지만, 이들이 어느 정도의 의사소통 능력을 가지고 있었을 가능성은 충분히 고려할 수 있습니다. 추가적인 고고학적 발견과 유전학적 분석을 통해 이 주제에 대한 이해는 지속적으로 발전할 것입니다.
생물·생명
Q. 에일리언이라는 것은 실존하는 생명체일까요?
안녕하세요. 외계 생명체의 존재 가능성에 대한 탐구는 현대 과학의 가장 농밀하고 체계적인 연구 분야 중 하나입니다. 이 분야의 연구는 SETI(외계지적생명체탐사, Search for Extraterrestrial Intelligence)와 같은 기관을 중심으로 전개되며, 이들 기관은 지구 밖의 지적 생명체의 존재를 확인하고자 하는 미션을 수행하고 있습니다. 또한, NASA와 같은 우주 연구 기관들은 행성의 생물권(Biosphere) 존재 가능성을 평가하기 위해 여러 가지 천체 물리학적(Astrophysical) 및 지구화학적(Geochemical) 기준들을 적용학 ㅗ있습니다. 현재까지의 연구 결과에 따르면, 수많은 외계 행성들이 발견되었으며 이 중 일부는 지구와 유사한 환경을 가진 것으로 추정됩니다. 이러한 행성들의 대기 구성, 표면 온도, 잠재적인 물의 존재는 과학자들에게 생명체가 존재할 수 있는 조건을 제공할 수 있는 중요한 힌트를 제공합니다. 그러나 아직까지 외계 생명체의 존재를 명확히 입증할 수 있는 직접적인 증거는 발견되지 않았습니다. 이러한 과학적 탐구는 광범위한 기술적 도전과 연구 개발을 필요로 하며, 미래에는 더 발전된 관측 기수로가 탐사 장비를 통해 더 구체적이고 확증 가능한 결과를 도출할 수 있을 것으로 기대됩니다. 외계 생명체의 존재 여부에 대한 과학적 탐사는 단순히 새로운 생명형태를 찾는 것을 넘어서, 우리가 우주와 생명의 기원에 대해 이해하는 데 근본적인 기여를 할 것입니다.