Doctor of Public Health 전상훈입니다
물리
Q. 블랙홀이 에너지를 방출한다고 하는데..
안녕하세요. 결론부터 말씀드리면 블랙홀의 에너지 방출은 모순이 아닙니다. 양자역학과 일반 상대성 이론의 흥미로운 결합을 보여주는 예 입니다. 블랙홀이 에너지를 방출하는 것은 주로 호킹 복사(Hawking radiation)라고 불리는 현상을 통해 이루어집니다. 1974년, 스티븐 호킹은 이론적으로 블랙홀이 방출하는 복사를 예측했습니다. 이 현상은 양자역학적 효과에 기반을 두고 있습니다. 흔히 사건의 지평선이라 부르는 곳에서 발생합니다. 양자역학에 따르면, 진공 상태에서도 일시적으로 입자와 반입자의 쌍이 생성되었다가 서로 상쇄되어 사라지는 현상이 일어납니다. 이러한 입자 쌍은 블랙홀 근처에서도 발생할 수 있습니다. 블랙홀 근처에서 생성된 입자 쌍 중 하나가 블랙홀에 흡수될 수 있고, 다른 하나는 흡수되지 않고 우주로 탈출할 수 있습니다. 탈출한 입자는 블랙홀로부터의 에너지 방출로 간주되며, 이로 인해 블랙홀의 질량은 점차 감소할 수 있습니다. 이론적으로 이 과정이 계속되면 블랙홀은 완전히 증발할 수도 있습니다. 블랙홀이 물질을 흡수하는 것은 맞지만, 호킹 복사는 양자역학의 특수한 경우로서 블랙홀이 에너지를 방출할 수 있는 유일한 방법 중 하나를 제공합니다. 이 현상은 일반적인 물리 법칙과는 달리 특수한 조건에서 발생합니다. 따라서 블랙홀이 에너지를 방출한다는 것은 모순이 아니며, 양자역학과 일반 상대성 이론의 흥미로운 결합을 보여줍니다.
물리
Q. 물은 0도씨에 어는데 바닷물은 왜 얼지 않는 걸까요?
안녕하세요. 바닷물이 물보다 낮은 온도에서도 얼지 않는 이유는 바닷물에 녹아있는 소금 때문입니다. 추가 설명을 위해서 어는점 내림에 대해 다루겠습니다. 어는점 내림은 용매에 용질이 녹아 있을때-바닷물 기준 소금 및 다양한 미네랄-, 그 용액의 어는점이 순수한 용매의 어는점보다 낮아지는 현상입니다. 용질 입자들이 물 분자 사이에 들어가 얼음 결정을 형성하는 데 방해를 주어, 결정이 형성되기 위해 필요한 온도가 더 낮아집니다. 평균적으로 바닷물은 약 3.5%의 소금을 포함하고 있습니다. 이 소금의 존재는 바닷물의 어는점을 대략 -2도씨 정도로 낮춥니다.
물리
Q. 전투기 훈련할때 최대 20g까지 겪게 된다고 하는데요. 20g가 얼마나 큰건가요??
안녕하세요. 20g라는 표현은 중력 가속도 20배를 경험한다는 것을 의미하는 것이 맞습니다. 일반적으로 g는 지구의 중력 가속도를 나타내며, 약 9.8 m/s² 입니다. 20g라는 것은 20 × 9.8 m/s² = 196 m/s² 로, 이는 우리 몸이 평상시보다 20배 더 큰 힘을 느끼는 상황을 의미합니다. 70kg의 사람으로 예를 들어 본다면, 20g를 경험하게 되면, 실제로는 1400kg의 힘을 견뎌야 합니다. 이는 마치 1400kg의 무게가 그 사람의 몸에 누르는 것과 같은 효과를 낳습니다.
생물·생명
Q. 비가 올때 보면, 항상 지렁이는 왜 꾸물꾸물 지면으로 올라오는건가요?
안녕하세요. 일부 연구에서는 지렁이가 비가 올 때 지면으로 올라오는 것이 번식을 위한 행동일 수 있다고 제안합니다. 지면에서 다른 지렁이를 만나 교미할 기회가 더 많아지기 때문입니다. 비가 오면 토양의 많은 공간이 물로 채워지면서 지렁이들이 호흡하기 어려워집니다. 지렁이는 피부 호흡을 하는데, 토양 내 산소가 부족하면 지렁이들은 더 많은 산소를 찾아 지면 위로 올라옵니다. 지렁이가 지면으로 올라오는 것은 자연스러운 본능일 수 있으며, 이는 수세기에 걸쳐 진화한 생존 전략의 일부일 수 있습니다. 토양 내 환경이 급격히 변할 때 안전하거나 더 적합한 환경을 찾는 본능적인 행동입니다.
물리
Q. 빛의 세기와 에너지 관계에 대해 질문합니다
안녕하세요. 빛의 세기는 일반적으로 특정 면적을 통과하는 빛의 에너지의 양으로 정의됩니다. 이는 보통 와트 당 제곱미터(W/m²)로 측정되며, 빛의 전력 밀도를 나타냅니다. 빛의 에너지는 빛의 파장(λ)이나 주파수(ν)에 따라 결정됩니다. 에너지는 각 광자(photon)의 에너지를 합한 것이며, 각 광자의 에너지는 E = hν 또는 E = hc/λ (h는 플랑크 상수, c는 빛의 속도)로 계산할 수 있습니다. 빛의 온도가 높아질수록, 빛이 가진 전체 에너지가 증가하고 광자의 평균 에너지도 증가합니다. 예컨데, 검은 몸체 복사에서 온도가 높아질수록 복사되는 빛의 총 에너지와 빛의 최대 강도가 나타나는 파장이 짧아집니다. 이를 비엔의 변위 법칙이라 합니다. 빛의 세기는 광원이 방출하는 광자의 수와 각 광자의 에너지에 비례합니다. 따라서, 같은 조건에서 광원이 더 많은 광자를 방출하거나, 각 광자의 에너지가 높을 경우 빛의 세기가 증가합니다.