[문제 2]
1. 7장 밤하늘의 등뼈 : 이오니아 사람들과 피타고라스의 신비주의
인간사에 일어나는 모든 일들이 신에 의함이고 신으로부터 일어나는 일이라고 믿었던 옛날 사람들은 새로운 깨달음을 얻기까지 참 오랜 시간이 걸렸다. 고대 이오니아 인들은 우주를 이해하려고 시도했고, 규칙을 찾아 자연의 비밀을 파헤치려고 노력했다. 강력한 중앙 권력이 없었던 이오니아 섬 사람들은 자유로운 연구가 가능했고, 무역의 중심지였던 이오니아는 다양한 문명의 교차로 역할을 했다. (이러한 과정에서 수많은 신을 숭배하는 문화를 겪다보니 신을 가정하지 않고 세상을 바라보는 방법을 찾게 됨.)
*아오니아의 과학자들*
탈레스 : 유클리드보다 유클리드 기하학을 먼저 발견한 과학자. 모든 것들이 한 때는 물이었고, 지구 또한 바다로부터 형성되었다고 주장.
아낙시만드로스: 그리스에서 최초로 해시계와 천구도를 만든 과학자. 지구가 우주의 중심에 고정되어 있다고 주장.
폴리크라테스 : 예술, 과학, 공학에는 지원을 아끼지 않았지만 폭군. 수많은 노예들을 동원하여 터널 건설.
엠페도 클레스: 공기에 대한 최초의 실험자. ‘자연 선택에 따른 진화‘를 앞서 구상한 사람.
데모크리토스: ’원자‘라는 단어를 만들어냄. ex. 사과를 칼로 자를 때. 원뿔 또는 피라미드의 부피를 계산하는 방법 고안. 은하수가 별들의 집단이라는 사실도 알고 있었음.
아낙사고라스: 달이 밝게 보이는 것이 반사된 빛 때문이라는 것을 이해한 최초의 인물. -> 태양, 달, 별을 숭배하던 사람들에 의해 불경죄로 투옥.
아리스타르코스: 태양 중심 우주관의 창시자
*피타고라스*
지구가 공처럼 둥글다고 추론한 첫번째 인물. (from 달에 비친 지구의 그림자)
피타고라스의 법칙
이오니아 사람들 - 관측, 실험 중심
피타고라스-사고실험, 수학적 논증 중심
피타고라스학파는 수학을 통해서 신의 영역을 들여다볼 수 있다고 여김. 정다면체를 매우 좋아했는데, 다섯가지 종류만 가능함. 그리고 정오각형으로 구성된 정십이면체에 관한 지식을 비밀로 간주함. 정수를 좋아하고 무리수를 위협적인 요소로 받아들임.
피타고라스학파는 완벽하고 신비한 세계의 존재를 확신했는데, 불완전한 지구와 달리 완전한 원형 궤도를 돈다고 생각했던 행성들을 연구하던 케플러(피타고라스학파를 좋아함)는 피타고라스학파와 달리 실험을 통해 이것이 사실이 아니라는 것을 알게됨.
피타고라스는 코스모스가 수학으로 설명될 수 있다는 가르침으로 사람들이 과학을 하도록 했지만 자신의 입지를 불안하게 하는 요소들을 억압하고, 실험에 대한 혐오감을 심었으며 이를 통해 과학의 발전에도 퇴보를 불러왔다.
반면, 이오니아 과학자들은 과학의 발전에는 큰 도움이 되었지만, 노예 경제 발전에 도움을 줬다는 점에서 부정적이다.
2. 8장 시간과 공간을 가르는 여행: ‘상대성’의 의미
아인슈타인의 <특수 상대성 이론>의 규칙
1. “그대는 그대의 속도를 빛의 속도에 더하지 말지어다.”
2. “그대는 빛의 속도로나 빛의 속도보다 빨리 움직여서는 아니 되느니라.”
아인슈타인은 우주에서 ‘정지해 있는’장소나 우주를 관측하기에 더 좋은 특권은 없다고 생각했다. 즉, 우주를 보는 데 있어 모든 장소가 공평하며 자연의 법칙은 누구에게든 동일해야 한다는 것을 의미한다.
내가 이해한 바로는, 아인슈타인이 말하는 상대성은 어떤 것도 빛의 속도보다 빠르게는 움직일 수 없으나 ‘거의’ 빛과 같은 속도로 움직인다고 했을 때 시간 지연이라는 이상한 현상을 겪게 된다. 이러한 속력으로 우주 여행을 하면, 나에게는 잠깐 이었던 시간이 우주에는 몇 십억년이 지나있을 수도 있다는 생각이 된다. 따라서 ‘빛’ 이라는 것은 어디에 있든, 움직이든 상관없이 동일한 속도로 진행되며 그것은 상대적이라는 의미가 아닐까라고 해석해 보았다.
하지만, 아직도 이 의미를 명확하게 이해를 하진 못했다ㅜ
3. 양성자, 중성자, 전자
전자는 전하는 음전하이다. 전자가 원자의 화학적 성질을 결정한다.
원자의 내부에는 핵이 있는데, 이 핵은 양성자와 중성자로 구성된다.
원자의 질량은 대부분 핵이 차지한다.
우주의 모든 것은 원자로 이루어져 있다.
양성자, 중성자, 전자의 구성비에 따라서 원자의 종류 결정된다.
원자가 모여서 분자가 되고, 분자가 모여 물질을 구성한다.
원자는 중성(양성자 개수=전자 개수)
핵이 뭉쳐있는 이유는 중성자가 풀 역할을 해서 ‘핵력’으로 양성자를 붙잡아 놓기 때문이다.
관측 가능한 우주에 들어있는 소립자들의 총 수는 10의 80승 정도 된다.
원자를 자르면 작은 원자가 되는 것이 아니라 완전히 다른 종류의 원자가 된다.
ex. 탄소원자의 핵 한 덩이를 떼어내면 작은 탄소 원자가 되는 것이 아니라 헬륨 원자가 됨.
[문제 3]
저는 9장 <별들의 삶과 죽음>이라는 챕터에서 소립자와 태양의 일생에 대해 간단히 설명해보도록 하겠습니다. 작은 것에서 부터 큰 것으로 나아가 보도록 할게요. ‘쿼크’부터 시작됩니다. 쿼크는 가장 작은 입자인데요, 사실 아직 인간이 발견하지 못한 더 근본적인 알갱이가 있을 수도 있지만 지금껏 밝혀진 바에 의하면 쿼크가 가장 ‘근본’ 입자입니다. 이 쿼크가 모여서 양성자가 됩니다.
양성자는 양전하, 즉 플러스를 띠는 입자 입니다. 플러스가 있다면 마이너스가 있고, 제로가 있을 것입니다. 마이너스, 즉 음전하를 띠는 것이 ‘전자’이고, 제로, 즉 어떤 전하도 띠지 않는 것이 ’중성자’입니다.
이 세 친구들(양성자, 중성자, 전자)가 모여 ‘원자’를 구성하게 됩니다. 원자의 모양은 쉽게 설명하자면, 양성자와 중성자가 핵력이라는 끌림으로 서로 부둥켜 안고 있고 그 바깥을 전자가 둘러싸서 가려주고 있는 모양새입니다. 이 원자라는 것 자체는 전체적으로 중성을 띠는데, 이 말인 즉 양성자의 개수와 전자의 개수가 같다는 뜻이겠죠. 이렇게 원자가 구성이 되었고, 원자가 모여 분자가 되고 분자가 모여 세상의 모든 물질들을 구성하게 됩니다. 왜 우주의 모든 것들이 원자로 이루어졌다고 이야기 하는지 이해가 가시나요?
저는 여기서 한 발 더 나아가 별의 일생까지 이야기를 해보겠습니다. 앞서 말했던 원자들을 구성하는 양성자와 전자의 개수에 따라 원자의 화학적 성질이 달라집니다. 우리가 잘 아는 ’수헬리베 붕탄질산…’ 같은 원소 주기율표를 구성하는 원소들이 이렇게 탄생하게 된거죠. 원자의 구성이 복잡한 정도에 따라 번호가 매겨져 있는데 수소가 1번이고, 가장 복잡한 우라늄이 92번 입니다. 우리가 주목해야 할 원자는 가장 단순하고, 우주의 대부분을 차지하고 있는 ‘수소와 헬륨’입니다.
태양은 수소와 헬륨으로 구성된 고온의 기체 덩어리 인데요, 별 내 부에서 기체 분자들이 격렬하게 충돌하면서 내부의 온도가 상승하게 되고 온도가 1000만도에 이르면 수소원자 4개 -> 헬륨 핵 1개 가 되는 ‘핵융합반응’이 일어납니다. 하지만 수소핵융합 반응이 영원히 일어날 순 없죠. 어떠한 별들도 그 최후를 맞이하게 되는데, 그것은 그 별의 질량에 따라 달렸다.
태양의 생애를 살펴보자면, 헬륨으로 가득찬 핵에서 또 한번 헬륨 핵 융합 반응이 일어나면 탄소와 산소를 발생시킵니다. 이때 외부가 급격히 팽창하고 온도가 하강하는데, ‘적색거성‘이 된 것이죠. 적색거성이 된 태양은 내행성계를 태양 안으로 집어삼켜버립니다. 물론, 지구를 포함해서요. 태양은 초신성폭발이 일어날 만큼의 질량을 갖고 있진 않아서 백색외성이 되었다가 별의 생을 마무리 할 것이라고 합니다.
태양은 50억년간 평형상태를 유지 중이나, 앞으로 50-60억년 후면 태양 중심의 수소가 모두 헬륨으로 변하게 될 것이랍니다. 무시무시하지 않나요? 이상 발표를 마치도록 하겠습니다.
[문제 4]
아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면 ‘동시에’라는 개념이 관측자의 위치에 따라 상황에 따라 상대적으로 인식될 수 있다는 의미로 이해를 했는데, 403p의 문장 중 ‘어떤 물체에서 반사되거나 방출된 빛은 그 물체가 움직이든 움직이지 않든 상관없이 동일한 속도로 진행한다.’라는 문장이 어떻게 이 상대성 이론의 내용과 성립될 수 있는지 의문이었다. 동일한 속도로 움직이지만 보는 것만 상대적으로 달라진다는 건지, 아니면 그냥 동일하다는 건지 이해가 안된다.
또한, 광속에 가까운 속력으로 여행을 하면 본인 나이를 먹지않고 지구에 있는 친구들은 몇 십년씩 늙어간다는데, 이게 심적으로는 이해가 가는데 머리로는 이해가 안간다. 빛의 속도로 여행하면 그 우주선 안의 나는 안 늙는데 시간은 흐르기 때문에 다른 사람이 늙는다는 건가? 신비하면서 이해가 잘 안된다.
https://youtu.be/Sl2O5h5dceU?si=otWApYtJst0XP_dM
