에너지란 무엇인가?
에너지는 우주에서 무언가 일어날 수 있게 하는 것이다. 이것은 입자가 변하기 위해 어떤 두 입자 사이에서 교환되어야 하는 것이다. 에너지는 우리 주위 어디에나 있다. 이것은 다양한 형태로 존재하기 때문에 무엇이라 쉽게 정의하기 어렵다. 열은 에너지다 빛도 에너지다. 움직이는 모든 것은 운동 에너지를 갖는다. 물질 자체도 에너지로 변환될 수 있고, 그 ㄱ반대도 가능하다.
물질이란 무엇인가?
물질이란 우주 안의 모든 물체를 만드는 재료로서, 질량을 갖는 모든 것이다. 질량이란 설명하기 어려운 양이다. 대략 말하자면, 물체가 통과하는 시공간 속의 '끌림'이다. 두 물체가 같은 운동량이나 같은 운동 에너지를 갖는다고 가정했을 때, 질량이 큰 물체는 작은 물체보다 시공간 속을 더 느리게 움직인다.
빛이란 무엇인가?
빛은 에너지의 일종이다. 빛은 파동처럼 이동하고 광자라는 입자를 운반한다. 일반적으로 말해 빛은 전자기복사다. 빛의 흥미로운 점은, 입자의 흐름으로도 다룰 수 있고 복사의 파동으로 다룰 수도 있다는 것이다. 이같은 빛의 이중성은 '파동과 입자의 이중성' 이라고 알려져 있으며, 이는 양자역학이라 불리는 물리학 분야의 주춧돌 역할을 한다.
광자란 무엇인가?
광자는 에너지를 가지지만 질량이 없는 특별한 아원자 입자다. 광자는 사실 빛의 입자로 간주될 수 있다. 광자는 전자기력이 한 곳에서 다른 곳으로 이동할 때 만들어지거나 소멸된다.
전자기파란 무엇인가? 전자기파는 전자파 복사, 즉 빛이다. 보통 지구 상의 사람들은 빛을 눈으로 볼 수 있는 복사선의 한 종류로 생각한다.
얼마나 많은 종류의 전자기파가 있는가?
일반적으로 전자기파에는 일곱 가지 종류가 있다. 감마선, 엑스선, 자외선, 적외선, 가시광선, 마이크로파, 라디오파가 그것이다. 감마선과 엑스선 그리고 자외선은 가시광선보다 파장이 짧고, 적외선과 마이크로파 그리고 라디오파는 가시광선보다 파장이 길다.
전자기파의 속도는 얼마인가?
빛과 전자기파는 같은 것이므로 전자기파의 속도는 빛의 속도와 같다.
빛의 속도는 얼마인가?
빛은 진공 속을 초속 299,792.5km의 속도로 진행한다. 시속으로 환산하려면 약 10억 780만 km, 1년 동안 1조 2000억km를 진행한다. 빛은 뉴욕에서 도쿄까지 가는데 1/10초도 걸리지 않으며, 지구에서 달까지 가는데 1.3초도 걸리지 않는다.
과학자들은 빛의 속도를 어떻게 측정했는가?
1500년대 후반에 갈릴레오 갈릴레이는 두 언덕 꼭대기에서 랜턴을 사용하여 빛의 속도를 측정하는 실험을 했다. 그는 빛의 속돋가 측정하려는 것보다 훨씬 빠르다는 것 외에는 할 말이 없었다. 1675년에 덴마크의 천문학자 올라우스 뢰머는 목성의 위성들의 식을 이용해 빛의 속도를 측정하여 22만 7000km/s라는 값을 얻었다. 이 값은 현재의 값의 약 76%정도다. 뢰머는 거의 비슷한 값에 도달했지만 더 중요한 사실은 빛의 속도가 무한대가 아니라는 사실을 밝혀냈다는 것이다. 이러한 발견은 물리와 천문학 모두에 있어 매우 중요한 암시였다. 1700년대 중반에 이르러 영국의 천문학자 제임스 브래들리는 지구로 오는 별빛으로부터 멀어지거나 가까워지면서 몇몇 별들이 움직이는 것처럼 보인다는 사실에 주목했다. 별빛의 광행차라 부르는 이러한 현상을 이용해 브래들리는 빛의 속도를 1% 미만의 오차로 측정할 수 있었다. 측정된 광속은 29만 8000km/s 였다. 1800년대에는 프랑스의 과학자 장 베르나르 레옹 푸코가 하나는 회전하고 다른하나는 고정된 두 개의 거울을 이용하여 빛의 속도를 측정했다. 회전하는 거울이 정지 상태의 거울로부터 빛을 반사하면 매 반사마다 다른 각도를 지니게 된다. 기하학을 사용하여 푸코는 빛의 속도가 29만 9337km/s이상이라는 사실을 알아냈다. 1926년에 미국 물리학자 앨버트 에이브러햄 마이컬슨은 푸코의 실험을 훨씬 큰 규모로 재현했다. 캘리포니아의 35킬로미터 정도 떨어진 두 산 정상에서 거울을 설치하고 실험한 결과, 빛의 속도가 29만 9774km/s라는 사실을 알아냈다.
빛의 속도는 변하는가?
그렇다. 빛은 다른 매질을 통과할 때마다 속도와 방향이 바귀게 된다. 완전한 진공 상태에서 빛의 굴절은 1이고, 공기 중에서는 1.0003, 물에서는 1.33, 유리에서는 1.5, 다이아몬드에서는 2.42이다. 빛은 굴절률이 클수록 속도가 느려진다.
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