안녕하세요. 이강욱 전문가입니다.
Q. 절대온도 0K에서 물질은 어떻게 될까요?
절대온도 0K에서는 물질의 열운동이 멈추지만, 양자역학적으로 모든 움직임이 완전히 정지할 수는 없습니다. 이 상태에서도 물질은 영점 에너지라 불리는 최소 에너지를 가지며, 고유한 양자적 성질을 유지합니다.극저온에서는 물질이 보스-아인슈타인 응축(BEC) 처럼 하나의 거대한 양자 상태를 형성하거나, 초전도성(전기저항이 완전히 사라지는 상태)과 초유체성(액체가 마찰 없이 흐르는 상태) 같은 특성을 나타냅니다. 이런 현상은 절대온도에 가까운 극한 상태에서만 나타나는 양자역학의 독특한 결과입니다.
Q. 블랙홀은 왜 빛조차 빠져나올 수 없을까요?
블랙홀 안쪽은 중력이 너무 강해 빛조차 빠져나올 수 없습니다. 블랙홀의 경계인 "사건의 지평선"에서는 탈출에 필요한 속도가 빛의 속도를 넘어섭니다. 그러나 빛은 그 이상의 속도로 움직일 수 없으므로, 사건의 지평선을 넘어간 빛은 더 이상 밖으로 나올 수 없게 됩니다.일반상대성이론에 따르면, 중력은 단순히 끌어당기는 힘이 아니라 시공간 자체를 휘게 만듭니다. 블랙홀처럼 질량이 극도로 큰 천체는 시공간을 깊게 휘게 만들어, 사건의 지평선 안쪽에서는 모든 경로가 블랙홀 중심으로 이어지게 됩니다. 따라서 빛이 빠져나가려 해도 결국 블랙홀 안으로 되돌아갈 수밖에 없습니다.또한 블랙홀 근처에서는 시간도 크게 왜곡됩니다. 외부에서 볼 때, 사건의 지평선 근처에 접근한 빛은 점점 더 느려지다 멈춘 것처럼 보이지만, 실제로는 그 안으로 빨려 들어가고 있습니다. 이 모든 현상이 결합해 블랙홀이 빛조차 갇히게 되는 공간이 되는 것입니다.
Q. 우주 전체에서 빛보다 빠른 속도는 존재할까요?
현재의 과학으로는 둘 중 어느 것도 빛의 속도 제한을 넘어 정보를 이동시키는 방식으로 작동하지 않습니다.타키온타키온은 빛보다 빠르게 이동할 수 있다고 제안된 가설적인 입자입니다. 이 입자가 실제로 존재한다면, 빛보다 빠른 속도를 가진 상태로 태어나고, 절대로 빛의 속도보다 느려질 수 없다고 이론은 말합니다. 하지만 타키온은 아직 발견된 적이 없으며, 실제로 존재한다고 증명된 과학적 근거도 없습니다.양자 터널링양자 터널링은 입자가 에너지 장벽을 "뚫고 지나가는" 양자역학적 현상입니다. 입자가 마치 벽을 넘어간 것처럼 보이지만, 이는 물리적으로 빛보다 빠르게 이동한 것이 아니라 입자의 파동적 성질 때문에 가능해집니다. 터널링 과정에서 입자가 이동하는 시간은 빛보다 빠른 것처럼 측정될 수 있지만, 이는 실제로 정보가 전송되거나 물질이 빛보다 빠르게 움직이는 것이 아니라, 양자현상으로 인해 일어나는 착시입니다. (정확히는 계산된 터널링 속도가 허수이기 때문에 특수상대성 이론에 모순되지 않습니다)
Q. 양자 얽힘은 어떻게 두 입자를 동시에 연결할까요?
양자 얽힘이 이상하게 느껴지는 이유는, 멀리 떨어진 두 입자가 마치 서로 즉시 연결된 것처럼 행동하기 때문입니다. 보통은 어떤 영향이 전달되려면 시간이 걸리는데, 얽힌 입자들은 그렇지 않습니다.예를 들어, 두 입자가 얽힌 상태라면 한 입자의 상태를 확인하는 순간, 다른 입자의 상태도 바로 결정됩니다. 두 입자가 아무리 멀리 떨어져 있어도 마치 약속이라도 한 것처럼 행동하는데, 우리가 익숙한 물리 법칙으로는 이런 즉각적인 연결이 이해되지 않으니 신기하게 느껴지는 겁니다.이 현상은 입자들이 신호를 주고받는 것이 아니라, 처음부터 두 입자가 하나의 묶음처럼 연결되어 있기 때문이라고 양자물리학은 설명합니다.
Q. 마찰계수는 어떻게 측정해야 하나요?
정지 마찰계수를 구하려면, 물체를 밀어 움직이기 직전의 힘을 측정하면 됩니다. 간단하게 저울을 활용해 이렇게 해보세요.측정할 물체를 평평한 표면 위에 놓습니다.저울의 끝부분을 물체에 대고, 물체를 옆에서 천천히 밀어보세요. 저울의 숫자가 증가하다가 물체가 움직이기 시작하는 순간의 값을 기록합니다. 이 값이 움직이기 직전에 필요한 힘입니다.물체의 무게를 확인합니다. 저울을 이용해 물체를 직접 측정하거나, 물체를 누르는 힘을 따로 확인하세요.움직이기 직전에 기록한 힘을 물체의 무게로 나누면 정지 마찰계수를 알 수 있습니다.예를 들어, 물체를 밀 때 저울이 5 kg을 가리키고, 물체의 무게가 10 kg이라면, 정지 마찰계수는 5 나누기 10 = 0.5입니다.