안녕하세요. 이강욱 전문가입니다.
Q. 중력은 어떻게 시공간을 휘게 할까요?
질량이 시공간을 휘게 하는 것은 아인슈타인의 일반상대성이론으로 설명됩니다. 질량이 큰 물체는 주변의 시공간을 휘게 만드는데, 이는 마치 탄력 있는 천 위에 무거운 물체를 올려놓으면 천이 아래로 휘는 것과 비슷합니다. 이렇게 휘어진 시공간을 통해 빛이나 물체가 움직이게 되면, 원래 직선으로 가던 것도 휘어진 경로를 따라가게 되어 중력의 효과로 나타납니다.
Q. 밝은 빛은 속도가 더 빠른지 궁금 합니다.
빛의 속도는 밝기와는 관계없이 항상 일정하지만, 매질에 따라 달라질 수는 있습니다.진공에서는 빛의 속도가 약 299,792 km/s로 일정하지만, 공기, 물, 유리처럼 빛이 통과하는 물질(매질)의 종류에 따라 속도가 느려집니다. 매질이 더 밀도가 높거나 빛과 상호작용을 많이 할수록 속도가 줄어듭니다. 예를 들어, 물에서는 약 225,000 km/s로 느려지고, 유리에서는 약 200,000 km/s까지 줄어들 수 있습니다.밝은 빛과 어두운 빛은 에너지의 양이나 강도에 차이가 있지만, 같은 매질에서는 모두 같은 속도로 이동합니다. 매질이 빛의 속도에 영향을 줄 뿐, 빛의 밝기는 속도에 영향을 주지 않습니다.
Q. 절대온도인 켈빈 온도를 어떻게 알아낸건가요?
절대온도(켈빈 온도)는 기체의 성질을 연구하다가 발견되었습니다. 과학자들은 온도가 낮아질수록 기체의 부피가 줄어드는 것을 실험으로 확인했는데, 계산해 보니 약 -273.15℃에서 기체의 부피가 이론적으로 0이 되는 점이 있었습니다. 이 온도를 절대영도라 부르며, 열에너지가 완전히 사라지는 상태로 간주합니다.켈빈 온도는 이 절대영도를 0으로 삼은 새로운 온도 척도입니다. 이는 섭씨와 같은 단위 간격을 사용하지만, 시작점이 다릅니다.
Q. 초전도체는 어떻게 전기 저항 없이 전류를 흐르게 할까요?
초전도체에서 전기 저항이 없는 이유는 전자들이 특별한 방식으로 움직이기 때문입니다. 보통 물질 속에서 전자는 원자의 격자 구조와 부딪히며 에너지를 잃고, 이것이 전기 저항을 만듭니다. 하지만 초전도체에서는 전자들이 짝을 이루어 마치 춤을 추듯 부드럽고 조화롭게 움직여, 격자와 부딪히지 않고 에너지를 잃지 않습니다.이 짝을 이룬 전자들(쿠퍼 쌍)은 초전도체 내부에서 하나의 집단처럼 움직이며, 저항을 만들어내는 방해를 받지 않게 됩니다. 이로 인해 전류는 마치 막힘없는 도로처럼 흐르게 되는 것이죠.초전도체의 이런 성질 덕분에, 전기를 에너지 손실 없이 전달하거나 강력한 자기장을 만들어야 하는 장치에 사용할 수 있습니다. 다만, 현재 초전도체는 매우 낮은 온도에서만 작동하는 경우가 많아 실용화에 한계가 있습니다. 하지만 상온에서 작동하는 초전도체를 찾기 위한 연구가 활발히 진행 중입니다.