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과학을 조금만 접해본 분들이라면 한 번쯤은 이런 질문을 떠올려보셨을 거예요. "빅뱅으로 물질과 반물질이 똑같이 생겼다면, 왜 지금 우주는 물질로만 이루어져 있지?" 저도 이 궁금증에서 시작해 물리학에 흥미를 느꼈던 기억이 나요. 오늘은 우주에서 반물질이 어디로 사라졌는지 , 왜 지금 우리가 있는 이 우주는 물질 위주로 구성되었는지를 흥미롭게 파헤쳐볼게요. 1. 반물질이란 무엇인가? 1-1. 반물질의 정의 반물질은 일반 물질과 전하가 반대인 입자 예요. 예를 들어 전자의 반물질은 양전하를 가진 양전자(Positron)예요. 이 둘이 만나면 즉시 소멸하면서 에너지(감마선)를 방출 하죠. 1-2. 반물질은 실제로 존재하나? 네, 실제로 반물질은 입자 가속기에서 만들어질 수 있고, 자연 상태에서도 방사성 붕괴나 우주선 충돌 을 통해 미량 생성돼요. 하지만 안정적으로 축적되지는 않아요. 1-3. 반물질의 이용 사례 의료 영상장비인 PET(양전자 방출 단층촬영) 에서 반물질이 실제로 활용돼요. 양전자가 방출되고 소멸하면서 나오는 감마선을 감지하는 방식이에요. 그러나 대량 생산은 아직 어렵죠. 2. 빅뱅과 물질-반물질 생성 2-1. 빅뱅 초기 조건 우주의 시작점인 빅뱅에서는 물질과 반물질이 동일한 양으로 생성 됐다고 봐요. 대칭적인 우주의 출발이죠. 하지만 지금은 물질만 존재하고, 반물질은 거의 없어요. 2-2. 쌍소멸 현상 물질과 반물질이 만나면 소멸하며 에너지를 방출 해요. 이게 반복됐다면 지금 우주는 텅 빈 에너지 우주여야 하죠. 그런데 왜 물질이 남았는지, 그게 핵심 의문이에요. 2-3. 물질의 잔존 이유 현재 가장 널리 수용되는 이론은, 초기 우주에서 물질이 반물질보다 아주 약간 더 많이 생성되었다 는 가설이에요. 이 미세한 불균형이 지금의 우주를 만든 거죠. 3. 대칭성의 깨짐과 우주의 비대칭 3-1. 대칭성이란? 물리학에서 대칭성은 입자와 반입자가 동일한 법칙을 따라야 한다 는 원칙이에요. ...

과학을 조금만 접해본 분들이라면 한 번쯤은 이런 질문을 떠올려보셨을 거예요. "빅뱅으로 물질과 반물질이 똑같이 생겼다면, 왜 지금 우주는 물질로만 이루어져 있지?" 저도 이 궁금증에서 시작해 물리학에 흥미를 느꼈던 기억이 나요. 오늘은 우주에서 반물질이 어디로 사라졌는지 , 왜 지금 우리가 있는 이 우주는 물질 위주로 구성되었는지를 흥미롭게 파헤쳐볼게요. 1. 반물질이란 무엇인가? 1-1. 반물질의 정의 반물질은 일반 물질과 전하가 반대인 입자 예요. 예를 들어 전자의 반물질은 양전하를 가진 양전자(Positron)예요. 이 둘이 만나면 즉시 소멸하면서 에너지(감마선)를 방출 하죠. 1-2. 반물질은 실제로 존재하나? 네, 실제로 반물질은 입자 가속기에서 만들어질 수 있고, 자연 상태에서도 방사성 붕괴나 우주선 충돌 을 통해 미량 생성돼요. 하지만 안정적으로 축적되지는 않아요. 1-3. 반물질의 이용 사례 의료 영상장비인 PET(양전자 방출 단층촬영) 에서 반물질이 실제로 활용돼요. 양전자가 방출되고 소멸하면서 나오는 감마선을 감지하는 방식이에요. 그러나 대량 생산은 아직 어렵죠. 2. 빅뱅과 물질-반물질 생성 2-1. 빅뱅 초기 조건 우주의 시작점인 빅뱅에서는 물질과 반물질이 동일한 양으로 생성 됐다고 봐요. 대칭적인 우주의 출발이죠. 하지만 지금은 물질만 존재하고, 반물질은 거의 없어요. 2-2. 쌍소멸 현상 물질과 반물질이 만나면 소멸하며 에너지를 방출 해요. 이게 반복됐다면 지금 우주는 텅 빈 에너지 우주여야 하죠. 그런데 왜 물질이 남았는지, 그게 핵심 의문이에요. 2-3. 물질의 잔존 이유 현재 가장 널리 수용되는 이론은, 초기 우주에서 물질이 반물질보다 아주 약간 더 많이 생성되었다 는 가설이에요. 이 미세한 불균형이 지금의 우주를 만든 거죠. 3. 대칭성의 깨짐과 우주의 비대칭 3-1. 대칭성이란? 물리학에서 대칭성은 입자와 반입자가 동일한 법칙을 따라야 한다 는 원칙이에요. ...

1977년, 미국 오하이오 주립대의 전파망원경에 정체불명의 전파 신호 가 포착됐어요. 연구진 중 한 명이 이 신호 옆에 "Wow!"라고 메모한 것에서 유래해 '와우 신호(Wow! Signal)' 로 불리게 되었죠. 저는 이 이야기를 처음 들었을 때, "진짜 외계 문명의 메시지일까?" 하고 흥분했던 기억이 있어요. 오늘은 이 흥미로운 우주 신호에 대해 과학적으로 분석해볼게요. 1. 와우 신호란 무엇인가? 1-1. 발견된 날짜와 위치 1977년 8월 15일, 오하이오 주립대의 빅이어(Big Ear) 전파망원경 이 전갈자리 근처 하늘에서 특이한 전파를 감지했어요. 신호는 약 72초 동안 지속되었고, 1420MHz라는 수소선 주파수 에서 포착되었어요. 1-2. 와우라는 이름의 유래 당시 관측 데이터를 확인하던 제리 에흐만(Jerry Ehman) 박사가 데이터 프린트아웃 옆에 'Wow!'라고 썼고, 이것이 그대로 신호의 별명이 되었어요. 그만큼 강력하고 특이한 신호였죠. 1-3. 수소선 주파수의 의미 1420MHz는 수소 원자의 자연스러운 방출 주파수 로, 우주 전체에 존재하는 신호예요. 과학자들은 외계 문명이 신호를 보낸다면 이 주파수를 이용할 가능성이 높다고 보고 있었어요. 2. 와우 신호의 특이점 2-1. 신호의 강도 신호는 일반 우주 잡음보다 30배 이상 강한 세기 를 보였어요. 신호 강도는 수치로 6EQUJ5로 표시됐는데, 이는 시간에 따라 점점 강해졌다가 다시 약해지는 구조로, 인공적인 신호처럼 보이는 특징 을 가졌어요. 2-2. 반복되지 않은 신호 와우 신호는 단 한 번만 포착 됐고, 이후 반복된 적이 없어요. 수십 년간 수천 시간의 후속 관측에도 불구하고, 동일한 위치에서 같은 신호가 감지된 사례는 없었어요. 2-3. 방향성과 주파수 일치 신호는 빅이어 전파망원경의 두 안테나 중 하나에서만 감지되었으며, 우연히도 수소선 주파수와 정확히 일치 했어요...

우리 일상에서 너무도 당연하게 사용하는 GPS. 그런데 이 시스템이 실제로는 아인슈타인의 상대성 이론 없이는 작동하지 않는다 는 사실, 알고 계셨나요? 저는 이 이야기를 처음 들었을 때, "우주에서의 시간 차이가 실제로 GPS에 영향을 줄 정도라고?" 하며 놀랐어요. 오늘은 GPS가 어떻게 작동하는지, 왜 상대성이론이 핵심적인 역할을 하는지, 그리고 우주와 시간의 관계에 대해 쉽게 풀어드릴게요. 1. GPS의 기본 원리 1-1. 위성에서 나오는 신호 GPS는 최소 4개 이상의 위성이 보내는 정확한 시각 정보 를 이용해 사용자의 위치를 삼각측량 방식으로 계산하는 시스템이에요. 즉, 위성의 시계와 사용자의 시계가 완벽히 맞아야 해요. 1-2. 삼각측량 방식의 활용 GPS 수신기는 위성 신호가 도달하는 데 걸린 시간을 바탕으로 거리 차이를 계산하고, 이를 여러 위성에서 받아 교차시켜 3차원 위치 좌표 를 산출해요. 시간 정확도가 바로 위치 정확도를 결정하죠. 1-3. 고도, 속도, 시간까지 계산 GPS는 단순히 위도, 경도만 알려주는 게 아니라 고도, 속도, 현재 시간 까지도 정밀하게 계산할 수 있어요. 이 모두가 위성에 탑재된 고정밀 원자시계 덕분이에요. 2. 상대성 이론이 왜 필요할까? 2-1. 특수 상대성 이론: 속도의 영향 위성은 지구를 초속 수 킬로미터로 돌고 있어요. 이처럼 빠르게 움직이면 시간이 느리게 흐르는 효과 가 생기는데, 이를 특수 상대성 이론이 설명해요. 위성 시계는 지상보다 느려지게 돼요. 2-2. 일반 상대성 이론: 중력의 영향 반대로, 위성은 지구보다 중력이 약한 고도에 있기 때문에, 일반 상대성 이론에 따라 시간이 빨라져요 . 이 둘의 효과를 모두 계산하지 않으면 수 미터에서 수십 미터의 오차가 발생해요. 2-3. 상대성 이론을 적용한 시계 보정 GPS 위성의 시계는 하루 약 38마이크로초 정도 빨라지도록 조정 돼 있어요. 이 작은 시간 차이를 반영하지 않으면, GPS는 하루 ...

저는 처음 다이슨 구체라는 개념을 접했을 때 "이게 정말 실현 가능한 이야기일까?" 하는 생각이 들었어요. 마치 SF 소설 속 이야기처럼 들리지만, 이 이론은 실제로 과학자들이 논의하는 고등 문명의 에너지 수집 방식 중 하나랍니다. 오늘은 다이슨 구체(Dyson Sphere)가 무엇이고, 어떻게 생겨났으며, 어떤 의미가 있는지 과학적 시각에서 쉽게 풀어드릴게요. 1. 다이슨 구체란 무엇인가? 1-1. 프리먼 다이슨의 제안 다이슨 구체는 1960년대 물리학자 프리먼 다이슨(Freeman Dyson) 이 제안한 개념이에요. 그는 고등 문명이 진화할 경우, 그들의 별이 내는 모든 에너지를 흡수하기 위해 별을 둘러싼 구조물을 건설할 것 이라고 예측했죠. 1-2. 구체의 개념과 구성 다이슨 구체는 실제로 '완전한 구형 껍질'이 아니라, 수많은 위성과 패널들이 별 주변을 둘러싸듯 배열된 형태 예요. 이 구조를 통해 별이 방출하는 에너지를 거의 100%에 가깝게 수집할 수 있어요. 1-3. SF에서 자주 등장하는 이유 이 개념은 문명의 척도를 가늠하는 지표 로도 많이 활용돼요. 카르다셰프 척도 에 따르면 다이슨 구체를 만든 문명은 '제2형 문명'으로 분류되죠. 그래서 SF 영화나 게임에서도 자주 등장해요. 2. 다이슨 구체를 만들 수 있을까? 2-1. 필요한 자원과 규모 다이슨 구체를 만들려면 지구 수천 개 분량의 자원 이 필요하다고 추정돼요. 단단한 행성 하나를 완전히 해체해서 그 재료를 사용하는 수준이죠. 그만큼 거대한 프로젝트예요. 2-2. 기술적 어려움 별의 중력, 방사선, 온도, 우주 먼지 등 다양한 요소가 공사에 큰 장벽이 돼요. 또한 패널 간의 충돌 방지와 안정적인 궤도 유지는 정밀한 제어 시스템과 인공지능 이 필수예요. 2-3. 다이슨 스웜(Dyson Swarm)이라는 대안 완전한 구형이 아닌 수천~수백만 개의 소형 위성 이 별을 둘러싸며 에너지를 수집하는 방식도 제안...

"달이 점점 멀어진다고?" 처음 이 이야기를 들었을 때 저도 의아했어요. 지구의 가장 가까운 이웃이자 조수의 원인이 되는 달이, 사실은 조금씩 지구와 멀어지고 있다 는 건 정말 흥미로운 사실이에요. 오늘은 그 이유와, 이 현상이 우리에게 어떤 의미가 있을지 깊이 있게 이야기해보려 해요. 1. 달이 멀어지고 있다는 증거 1-1. 레이저 반사 실험의 결과 아폴로 11호를 포함한 달 탐사 임무에서 레이저 반사기 가 설치되었어요. 지구에서 레이저를 쏴 반사되어 돌아오는 시간을 측정한 결과, 매년 약 3.8cm씩 달이 지구에서 멀어지고 있음 이 확인되었어요. 1-2. 고대 기록과 일식 관측 고대 중국과 바빌로니아 문서에는 일식의 기록이 남아 있어요. 이를 바탕으로 지구 자전 속도와 달의 공전 주기 변화를 추정해보면, 수천 년 전보다 달이 더 멀어졌다는 간접적 증거 가 나와요. 1-3. GPS와 인공위성 자료 현대의 GPS 및 위성 관측 기술을 통해서도 달의 거리 변화가 지속적으로 측정되고 있어요. 이는 매우 정밀한 기술로, 매우 신뢰도 높은 데이터 로 여겨지고 있습니다. 2. 왜 달은 멀어지고 있을까? 2-1. 조수력(Tidal Force)의 작용 지구와 달 사이의 중력 상호작용 이 이 현상의 핵심이에요. 지구는 조수를 일으키며 달을 끌어당기지만, 이 조수력은 지구의 회전을 늦추는 동시에 달을 밀어내는 방향으로 작용해요. 2-2. 지구의 자전 속도 변화 지구는 조수력 때문에 조금씩 자전 속도가 느려지고 있어요 . 반대로, 달은 지구의 운동 에너지를 일부 받아서 궤도를 넓히게 되는 거죠. 일종의 에너지 교환이라고 할 수 있어요. 2-3. 각운동량 보존 법칙 이 모든 현상은 물리학의 기본 법칙인 각운동량 보존 법칙 으로 설명할 수 있어요. 지구의 회전이 느려지는 만큼, 달의 궤도 운동은 강화되어 멀어지게 됩니다. 3. 달이 멀어지면 어떤 일이 생길까? 3-1. 일식과 월식의 변화 달이 지구에서 멀어질수록...

우주는 진공 상태이니 전기 문제가 없을 거라 생각하기 쉽지만, 실제로는 반대 예요. 저는 우주선이 정전기 때문에 고장 날 수도 있다는 얘기를 처음 들었을 때 꽤 충격적이었어요. 오늘은 잘 알려지지 않았지만 실제 우주 임무에서 매우 중요한 이슈인 우주 정전기 문제 에 대해 이야기해보려 해요. 이것은 단순한 과학 상식 그 이상으로, 우주인의 안전과 장비의 생존을 좌우하는 중요한 주제랍니다. 1. 우주 공간에서의 전기 현상 1-1. 진공 상태와 전기 축적 지구에서는 공기나 수분이 있어 정전기가 쉽게 방전되지만, 우주는 진공 상태 이기 때문에 축적된 전하가 방전되지 않고 계속 쌓일 수 있어요. 이게 문제의 시작이죠. 1-2. 태양풍과 우주 방사선 우주에는 태양에서 날아오는 고에너지 입자(태양풍) 와 우주 방사선 이 많아요. 이 입자들은 우주선 표면이나 내부 장비에 전기를 축적시키는 원인이 되죠. 1-3. 플라즈마 환경의 영향 지구 근처의 궤도상에서는 전리층 의 플라즈마와 상호작용하면서 우주선 표면에 전기적 불균형이 생겨요. 이로 인해 전기적 방전이 발생할 수 있고, 이것이 전자기 장애로 이어지기도 해요. 2. 우주선과 위성의 정전기 사고 사례 2-1. 인공위성 전자기 고장 NASA는 과거 다수의 통신 위성 고장 사고 가 정전기로 인해 발생한 것으로 보고하고 있어요. 전자 회로가 갑작스럽게 정전기로 오작동하거나 타버리는 경우도 있었죠. 2-2. 우주인 복장과 정전기 우주복은 정전기를 잘 견디도록 설계되어 있지만, 일부 상황에서는 우주복 표면에 정전기 가 축적되어 미세한 방전이 발생할 수 있어요. 이런 충격은 우주인의 생존과도 직결될 수 있어요. 2-3. 전기 방전으로 인한 통신 장애 정전기 방전은 무선 통신 장비 에 잡음을 일으키거나 신호 손실을 유발할 수 있어요. 특히 궤도 위성끼리의 통신에서 이 문제가 반복되면 임무 전체가 위협받을 수도 있어요. 3. 정전기를 예방하는 기술과 대책 3-1. 방전 경로 설계 우주선과...

어릴 적 보았던 SF 영화 속에서 우주선이 빛보다 빠르게 은하계를 가로지르던 장면, 기억나시나요? 저 역시 '스타트렉'이나 '인터스텔라'를 보며 "진짜 가능할까?"라는 궁금증을 가졌어요. 사실 물리학적으로는 빛보다 빠른 속도 는 금기처럼 여겨졌지만, 최근 들어 일부 과학자들은 워프 드라이브(Warp Drive) 라는 개념을 통해 그 금기를 깨보려 하고 있어요. 오늘은 그 흥미로운 이론과 가능성에 대해 자세히 이야기해볼게요. 1. 왜 빛보다 빠른 속도는 불가능하다고 할까? 1-1. 상대성 이론의 기본 전제 아인슈타인의 특수 상대성 이론 에 따르면, 어떤 물체도 빛의 속도를 넘을 수 없어요. 그 이유는 속도가 빨라질수록 질량이 증가하고, 결국 빛의 속도에 도달하려면 무한한 에너지가 필요해지기 때문이죠. 1-2. 빛의 속도는 절대적인가? 현대 물리학에서는 빛의 속도(약 30만 km/s)를 우주의 속도 제한 으로 보고 있어요. 이를 넘으려는 시도는 이론적으로도 많은 제약이 따릅니다. 하지만 공간 자체를 변화시킨다면 이야기가 달라질 수 있어요. 1-3. 시간 지연과 시간 정지의 개념 빛에 가까운 속도로 움직일수록 시간은 느려지며, 이론상 빛의 속도에서는 시간이 멈춘다고 해요. 이 현상을 시간 지연(time dilation) 이라고 하며, 이미 입자 가속기 실험에서도 입증된 사실이에요. 2. 워프 드라이브란 무엇인가? 2-1. 스페이스 커브 이론 워프 드라이브는 우주선 자체가 빛보다 빠르게 움직이는 것이 아니라, 우주 공간을 휘게 만들어 이동하는 방식 이에요. 즉, 출발지 뒤쪽의 공간을 확장하고, 도착지 앞쪽 공간을 압축해 우주선이 마치 움직이는 것처럼 만드는 원리죠. 2-2. 알쿠비에레 드라이브 1994년, 멕시코 물리학자 미겔 알쿠비에레 가 제안한 이론이에요. 이 모델에서는 일반 상대성 이론의 틀 안에서 수학적으로 가능한 '워프 버블'이라는 개념이 도입돼요. 이 안에서는...

"시간이 멈춘다면 어떤 기분일까?" 저는 어릴 적 블랙홀에 대한 다큐멘터리를 보고 그런 생각을 자주 하곤 했어요. 그런데 나이가 들어 과학을 접하면서 알게 된 사실 하나! 블랙홀 근처에서는 정말로 시간이 느려질 수 있다 는 거예요. 단순한 공상과학이 아니라, 실제 상대성 이론에 기반한 과학적인 이야기라는 게 더 놀랍죠. 오늘은 이 흥미로운 주제를 바탕으로, 중력이 어떻게 시간에 영향을 주는지 찬찬히 알아보려고 해요. 1. 시간과 중력은 어떤 관계일까? 1-1. 시간은 절대적인 게 아니다 뉴턴은 시간은 누구에게나 똑같이 흐른다고 믿었어요. 하지만 아인슈타인은 달랐죠. 그의 일반 상대성 이론 에 따르면, 시간은 공간과 함께 '시공간'이라는 형태로 존재하고, 중력에 의해 휘거나 늘어날 수 있다고 봤어요. 즉, 중력이 강할수록 시간은 느려진다는 뜻이에요. 1-2. 실제로 입증된 상대성이론 이론일 뿐이라고 생각할 수 있지만, 이미 많은 실험을 통해 검증되었어요. 대표적인 예가 GPS 위성 인데요, 위성은 지상보다 중력이 약한 곳에 있기 때문에 시간이 빠르게 흐르고, 이 차이를 보정하지 않으면 위치 정보에 오차가 생겨요. 1-3. 블랙홀은 중력의 끝판왕 블랙홀은 모든 빛과 물질을 빨아들이는 천체로, 중력이 상상을 초월할 정도로 강해요 . 그래서 블랙홀 주변에서는 시간도 극단적으로 느려지죠. 이 효과를 중력 시간 지연 이라고 부릅니다. 2. 블랙홀 근처에서 벌어지는 시간 왜곡 2-1. 사건의 지평선이란? 블랙홀에는 '사건의 지평선(Event Horizon)'이라는 경계가 있어요. 이 선을 넘어가면 빛조차 빠져나올 수 없고, 그 안에서 벌어지는 일은 외부에서는 절대 관찰할 수 없죠. 이 경계 근처에서 시간이 현저히 느려지는 현상이 발생해요. 2-2. 외부 관찰자의 시선 블랙홀에 가까이 다가가는 우주인이 있다고 가정해보세요. 외부에서 보면 그 사람의 움직임이 점점 느려지다가 결국 거의 멈춰버리...

시간은 언제나 앞을 향해 가죠. 저는 가끔 어릴 적 사진을 보며 ‘왜 우리는 과거로 돌아갈 수 없을까?’ 하는 생각을 하곤 해요. 그런데 이 질문, 단순한 감상이 아니라 물리학의 핵심 이슈 중 하나예요. 이번 포스팅에서는 시간이 왜 한 방향으로만 흐르는지 , 그 속에 숨겨진 과학적 개념인 엔트로피 와 함께 탐구해볼게요. 시간의 방향이란 무엇일까? 물리 법칙은 대칭적이다? 놀랍게도, 대부분의 물리 법칙은 시간을 거꾸로 돌려도 성립 해요. 예를 들어, 두 공이 충돌하는 장면을 영상으로 본다면, 거꾸로 재생해도 물리적으로 말이 되죠. 하지만 실생활에서 시간은 항상 앞으로만 흐릅니다 . 기억과 인식은 미래로만 우리는 과거를 기억하고, 미래는 예측 할 뿐이에요. 이는 단지 뇌의 작용이 아니라, 우주 전체의 시간 흐름과 관련된 현상이기도 해요. 인간의 경험 자체가 시간의 방향성을 반영 하죠. 시간의 화살(arrow of time) 시간이 일방적으로 흐르는 현상을 ‘시간의 화살’ 이라고 불러요. 이는 단순한 심상이 아니라, 열역학, 우주론, 양자역학 등 다양한 과학 분야에서 중요한 개념이에요. 엔트로피: 시간의 흐름을 설명하는 열쇠 엔트로피란 무엇인가요? 엔트로피는 무질서도(disorder)의 정도 를 나타내는 물리량이에요. 정돈된 상태에서 무질서한 상태로 변할 때, 엔트로피는 증가해요. 예를 들어, 유리컵이 깨지면 다시 원래대로 돌아가지 않죠. 이 과정이 바로 시간의 흐름 을 설명해요. 제2법칙: 엔트로피는 항상 증가한다 열역학 제2법칙에 따르면, 고립된 계에서 엔트로피는 줄어들지 않고 증가 해요. 이 법칙이야말로 시간이 거꾸로 흐르지 않는 과학적 이유 를 제공하죠. 우주 전체에도 적용된다 우주 역시 시간이 지날수록 점점 더 무질서해지고 있어요. 빅뱅 초기에는 아주 질서 있는 상태였지만, 지금은 별, 은하, 블랙홀 등으로 복잡하고 무질서한 구조 를 띠게 됐어요. 이 흐름이 바로 시간의 진행이에요. 시간을 거꾸로 돌릴 수...

영화 딥 임팩트 나 아마겟돈 을 보면, 언젠가 거대한 소행성이 지구를 향해 날아올 수도 있다는 공포가 실감나게 느껴졌어요. 과연 그런 일이 현실로 일어날 수 있을까요? 그리고 만약 그렇다면, 우리는 준비가 되어 있을까요? 이번 포스팅에서는 소행성 충돌의 실제 가능성과 지구 방어 시스템 이 어디까지 발전했는지 살펴보려 해요. 소행성 충돌, 얼마나 현실적인가요? 과거에는 실제로 일어났다 약 6,600만 년 전, 지구에 떨어진 거대한 소행성 이 공룡을 멸종시킨 것으로 알려져 있어요. 유카탄 반도에 남아 있는 충돌구가 그 증거죠. 이는 소행성 충돌이 단순한 가설이 아니라, 역사적으로 증명된 사실 이라는 걸 보여줘요. 작은 충돌은 지금도 계속된다 매년 수많은 소형 운석과 유성 이 지구 대기권에 진입하고 있어요. 대부분은 대기에서 타버리지만, 간혹 러시아 첼랴빈스크 사건(2013) 처럼 피해를 줄 수도 있죠. 위협적인 소행성은 얼마나 있을까? NASA는 140m 이상 크기의 소행성 중 지구 근접 궤도에 있는 것들을 집중적으로 추적 하고 있어요. 현재까지 수천 개가 확인됐고, 이 중 일부는 잠재적으로 위험 하다고 분류돼요. 우리는 어떤 대비를 하고 있을까? NASA의 DART 임무 2022년, NASA는 소행성 디모르포스를 인위적으로 충돌시켜 궤도를 변경 하는 DART 실험에 성공했어요. 이는 역사상 첫 번째 행성 방어 실증 실험 으로, 실제로 궤도 변화가 관측됐어요. 유럽과의 공동 대응 ESA는 NASA와 함께 HERA 미션 을 준비 중이에요. DART 실험이 끝난 후, 그 결과를 정밀하게 분석하는 후속 프로젝트죠. 이처럼 국제적 협력체계 도 점점 강화되고 있어요. 지상 관측 및 자동 경보 시스템 지구 전역의 관측소들은 지구 근접 천체(Near-Earth Object, NEO) 를 추적하고 있어요. 자동화된 충돌 경보 시스템 도 점차 정교해지고 있어, 조기 경보가 가능해졌어요. 앞으로의 과제와 가능성 충돌 에너지 예측 및...

어릴 적 달을 보며 항상 한쪽 면만 보인다는 게 이상했어요. 나중에 달은 '조석 고정' 상태여서 항상 같은 면만 지구를 향하고 있다는 걸 알게 됐죠. 그래서 달의 뒷면은 오랫동안 미지의 영역 으로 여겨졌어요. 그런데 최근 몇 년간 중국과 미국을 중심으로 달의 뒷면 탐사 가 활발히 진행되고 있답니다. 왜 이토록 달의 뒷면이 중요한 걸까요? 달의 뒷면은 어떤 곳일까? 지구에서 보이지 않는 반쪽 달은 자전과 공전 주기가 같기 때문에, 지구에서는 항상 같은 면만 관측 돼요. 반대쪽은 지구에서 직접 볼 수 없어, 오랫동안 '달의 어두운 면'이라는 별명까지 붙었죠. 지형과 지질이 앞면과 다르다 달의 앞면은 평탄한 '달의 바다(Sea)' 가 많지만, 뒷면은 산지와 분화구가 더 많고 고도가 높아요 . 이는 형성 시기의 충돌 이력과 지각 구성 차이 때문이라고 해요. 통신이 어렵다 달의 뒷면은 지구와 직접적인 통신이 불가능하기 때문에, 인공 위성을 이용한 중계 방식 을 써야 해요. 이 때문에 탐사 임무의 난이도가 훨씬 높죠. 왜 달의 뒷면을 탐사해야 할까? 태양계 초기 역사를 알 수 있는 단서 달은 지질학적으로 활동이 거의 없어, 초기 태양계의 흔적이 잘 보존 돼 있어요. 특히 뒷면은 충돌구가 많아, 우주 초기의 폭격 이력을 분석 하는 데 중요한 단서가 됩니다. 우주 망원경 설치 후보지 달의 뒷면은 지구 전파로부터 완전히 차단 된 지역이에요. 그래서 전파망원경을 설치하면 우주 초기의 신호나 암흑물질 관련 전파 까지도 탐지할 수 있다는 기대가 있어요. 기지 건설 및 자원 탐사 전초기지 미래 우주기지 건설을 위한 후보지로, 달의 뒷면은 상대적으로 지질 활동이 적고 안정적 이어서 기지 건설에 유리한 조건 을 갖췄다는 분석도 있어요. 자원 탐사의 전초기지로서의 가치도 주목받고 있어요. 어떤 탐사가 진행되고 있을까? 중국의 창어 4호 착륙 성공 2019년, 중국의 창어 4호 가 달의 뒷면에 인...

2022년, 제임스 웹 우주망원경(JWST)의 첫 이미지가 공개됐을 때 저는 한참을 멍하니 바라봤어요. 마치 예술 작품처럼 아름다웠고, 동시에 인류가 얼마나 먼 곳까지 볼 수 있는지를 보여주는 장면이었죠. 오늘은 바로 이 제임스 웹 우주망원경이 어떤 망원경인지, 그리고 어떤 놀라운 우주를 보여줬는지를 함께 알아보려 해요. 제임스 웹 우주망원경은 어떤 망원경일까? 허블의 후계자, 새로운 눈 JWST는 허블 우주망원경의 후속 모델 로, 더 넓은 적외선 영역을 관측할 수 있어요. 크기도 훨씬 커서, 주경의 지름이 6.5m 에 달하죠. 이는 빛을 모으는 능력이 대폭 향상됐다는 뜻이에요. 적외선을 중심으로 관측 우주의 먼 과거를 보기 위해서는 적외선 영역 이 중요해요. 빛은 우주 팽창으로 인해 파장이 길어지기 때문에, 오래된 빛일수록 적외선으로 나타나요. JWST는 이런 우주의 태초 빛 을 관측할 수 있어요. 지구가 아닌, 라그랑주 포인트에서 운용 JWST는 지구에서 약 150만 km 떨어진 L2 지점 에 위치해 있어요. 이곳은 태양과 지구의 중력이 균형을 이루는 지점으로, 안정적으로 망원경을 운영하기에 최적 의 장소예요. 제임스 웹이 관측한 새로운 우주 130억 년 전의 은하들 JWST의 첫 이미지 중 하나는 우주 초기 은하들의 집합 이었어요. 무려 130억 년 전, 우주가 갓 태어난 시기의 빛을 담고 있어, 은하가 형성되는 과정을 직접 볼 수 있었어요 . 행성의 대기 성분 분석 이 망원경은 외계 행성의 대기 성분까지 분석할 수 있어요. 예를 들어, 트라피스트-1 행성계 에서 물의 증거가 있는지를 확인하려는 시도도 진행 중이에요. 이는 외계 생명체 가능성 탐사 에도 중요한 역할을 해요. 성운의 정밀 관측 별이 태어나고 죽는 과정에서 생기는 성운 들도 JWST로 정밀하게 촬영됐어요. 기존 허블보다 더 정교하게 가스와 먼지 구조 를 파악할 수 있어, 별의 일생을 이해하는 데 큰 도움이 돼요 . 왜 중요한가요? 인류에게 주는 ...

2015년, 전 세계 뉴스에서 “100년 전 아인슈타인이 예언한 중력파가 드디어 검출됐다”는 이야기가 나왔을 때 저는 솔직히 ‘중력파가 뭐길래 저렇게 호들갑이지?’ 싶었어요. 그런데 자세히 알아보니, 이건 단순한 과학 발견이 아니라 우주의 비밀을 새롭게 관측할 수 있는 창문이 열린 사건 이더라고요. 오늘은 바로 그 중력파에 대해 이야기해보려 해요. 중력파란 무엇인가요? 시공간의 일렁임 중력파는 시공간 자체가 흔들리며 전달되는 파동 이에요. 이는 우리가 흔히 아는 소리나 빛의 파동과는 전혀 다른 개념으로, 공간 그 자체가 출렁이는 현상 을 의미해요. 아인슈타인의 일반 상대성 이론 예측 1916년, 아인슈타인은 일반 상대성 이론을 통해 중력파의 존재를 예측했어요. 두 개의 거대한 천체가 서로를 빠르게 돌거나 충돌하면, 그 에너지가 파동처럼 퍼져나간다 고 본 거예요. 소리처럼 퍼지지만, 감지하기 어려움 중력파는 빛보다 느리지는 않지만, 너무 약해서 우리가 일상에서 느끼기 어려워요. 지구에 도달한 중력파는 수소 원자보다 작은 크기만큼 시공간을 변화 시킬 정도로 미세하죠. 중력파가 관측된 역사적인 순간 LIGO의 첫 검출: 2015년 미국의 중력파 관측소인 LIGO(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) 는 2015년 9월, 두 개의 블랙홀이 충돌하며 발생한 중력파 를 최초로 검출했어요. 이는 물리학계의 노벨상을 수상할 만큼 큰 사건이었죠. 블랙홀, 중성자별 충돌 등 다양한 원인 이후 다양한 천체 충돌 사건 에서 중력파가 포착됐어요. 특히 중성자별의 충돌은 중력파와 함께 빛, 감마선, 전파까지 동시에 발생해 다중 관측의 시대 를 열었죠. 유럽의 VIRGO, 일본의 카그라 미국의 LIGO 외에도 유럽의 VIRGO , 일본의 KAGRA 가 중력파 관측에 동참하면서, 이제는 전 세계가 협력해 우주의 미세한 떨림을 잡아내는 시대 가 되었어요. 중력파가 중요한 이유는? 빛...

외계 생명체가 존재할까? 이 물음은 누구나 한 번쯤 해봤을 거예요. 저는 특히 하늘을 보며 "우리가 우주에서 유일한 존재일까?"라는 생각을 자주 했었죠. 그러던 중 1977년, 오하이오 주립대 전파망원경에서 수신된 정체불명의 신호, 이른바 '와우(Wow!) 신호' 에 대해 알게 되었을 때 정말 소름이 돋았어요. '와우 신호'는 무엇이었을까? 1977년 8월 15일, 우주에서 날아온 신호 미국 오하이오 주립대학의 '빅 이어(Big Ear)' 전파망원경이 72초간 지속된 강력한 전파 신호를 포착했어요. 당시 연구원이었던 제리 에흐만이 신호 프린트를 보고 옆에 "Wow!"라고 적은 것 에서 유래한 이름이에요. 신호의 특징: 인공적일까 자연적일까? 이 신호는 1420MHz 수소 스펙트럼 근처 에서 나왔고, 이는 우주 통신에 적합하다고 여겨지는 주파수예요. 잡음이 아닌 정확한 패턴과 강도 를 가진 형태였기에, 자연 현상보다는 인공 신호 일 가능성이 제기됐죠. 하지만 이후 다시 감지되지 않음 이 신호는 단 한 번만 감지되었고, 이후로 같은 위치에서 유사한 신호는 나오지 않았어요. 그래서 정확한 정체를 파악하기 어려운 미스터리 로 남았죠. 과학자들은 어떻게 해석했을까? 외계 문명 가능성: SETI의 주장 외계 지적 생명체 탐사(SETI)는 '와우 신호'가 외계 문명에서 보내온 신호일 수 있다 고 보았어요. 신호의 구조와 주파수, 방향성 등은 무작위 잡음과는 확연히 달랐기 때문이에요. 자연 현상 또는 인공 위성 가능성 다른 한편에서는 지구 근처의 인공 위성 이나 혜성에서 나온 수소 구름 이 원인일 수 있다는 분석도 있었어요. 하지만 당시 해당 혜성은 관측 범위에 없었다는 점에서 이론은 분분했죠. 2022년 새로운 시도: 같은 위치 재탐색 최근엔 'Breakthrough Listen' 프로젝트를 포함해 여러 과학자가 와우 신호...

과학 다큐를 보다가 '우주에 존재하는 모든 물질과 똑같지만 반대 전하를 가진 반물질이 있다'는 이야기를 들었을 때, 저는 마치 SF 영화의 설정처럼 느껴졌어요. 그런데 더 놀라운 건, 우주가 처음 만들어질 때는 물질과 반물질이 거의 동등하게 존재했을 것이라는 사실 이에요. 그렇다면 왜 지금 우리는 반물질을 거의 찾아볼 수 없는 걸까요? 반물질이란 무엇인가요? 입자마다 짝이 되는 '반입자' 모든 기본 입자에는 반대 전하를 가진 짝이 존재 해요. 예를 들어, 전자에 대응하는 반물질은 양전자(positron) 이고, 양성자에 대응하는 반입자는 반양성자 예요. 물질과 반물질이 만나면 소멸 이 둘이 만나면 완전히 에너지로 변환 되는 '쌍소멸' 현상이 일어나요. 이는 핵융합보다 더 효율적인 에너지 방출이에요. 그래서 반물질은 이론상 궁극의 에너지원 으로도 거론되죠. 실제로도 생성되지만 극히 드물어요 반물질은 입자가속기, 우주선 충돌, 핵반응 등에서 생성돼요. 하지만 자연 상태에서는 곧바로 물질과 만나 소멸해버리기 때문에 지속적으로 존재하기 어려워요 . 우주 초기에 무슨 일이 있었던 걸까? 빅뱅 직후의 대칭 상태 우주가 탄생할 때, 과학자들은 물질과 반물질이 거의 같은 양으로 만들어졌다고 추정해요. 그런데 지금 우리가 관측하는 우주는 거의 100% 물질로 이루어져 있죠. 이건 우주가 반물질을 잃어버렸다는 의미 예요. CP 대칭 깨짐 현상 입자물리학에서는 전하(C)와 반전(P)를 동시에 뒤집어도 물리 법칙이 같아야 한다 는 CP 대칭 개념이 있어요. 그런데 실험에서는 이 대칭이 약하게 깨지는 경우 가 발견됐어요. 이 미세한 불균형이 우주의 물질-반물질 비대칭을 설명해 줄 수 있어요. 힉스 입자와 질량의 기원 반물질의 비대칭성은 힉스 메커니즘과도 관련이 있을 수 있다는 주장도 있어요. 입자들이 질량을 얻는 과정에서 대칭이 어긋났을 가능성 이 제기되고 있어요. 반물질의 존재를 확인하는 ...

처음 과학 다큐멘터리에서 "태양의 표면보다 그 외곽 대기인 코로나가 훨씬 더 뜨겁다"는 말을 들었을 때, '말이 안 되잖아?'라고 생각했어요. 중심부에서 멀어질수록 당연히 식는 게 아닌가요? 그런데 이건 태양의 수수께끼 중 하나로, 과학자들에게도 아직 완벽히 풀리지 않은 미스터리랍니다. 오늘은 이 놀라운 현상에 대해 같이 알아봐요. 태양의 구조와 온도 분포 태양 중심은 수백만 도, 표면은 약 6000도 태양의 중심부는 수소 핵융합이 일어나는 곳으로, 약 1,500만 ℃ 에 이르죠. 이 에너지가 방사되며 표면까지 전달되는데, 태양의 가시 표면(광구)은 약 5,500~6,000℃ 로 상대적으로 낮아요. 그런데 외곽의 코로나는 수백만 도 태양의 외곽 대기인 코로나는 100만~1,000만 ℃ 에 달해요. 표면보다 훨씬 더 뜨거운 이 현상은 마치 우리가 냄비 안보다 김이 더 뜨겁다고 말하는 것과 같아요. 일상 직관과는 완전히 반대예요. 광구와 코로나 사이에 있는 영역: 채층 광구 위에는 채층(chromosphere) 이란 얇은 층이 있어요. 이곳을 지나면서 온도가 갑자기 상승해 코로나로 이어지는데, 이 전이가 어떻게 일어나는지 아직 완전히 밝혀지진 않았어요. 왜 코로나가 더 뜨거운 걸까요? 자기파동 이론 하나의 가설은 태양 내부에서 발생하는 자기파동(Alfvén waves) 이 대기층을 타고 외부로 전달되며 코로나를 가열한다는 이론이에요. 하지만 이 에너지가 충분한 양인지에 대해선 논란이 있어요. 나노 플레어 이론 또 다른 유력한 이론은 나노 플레어(nanoflare) 라는 작은 폭발이 짧은 시간에 일어나면서 국소적으로 에너지를 집중 시켜 코로나를 가열한다는 가설이에요. NASA의 관측 자료가 이를 뒷받침하고 있어요. 자기장 재결합 현상 태양의 복잡한 자기장이 얽혔다 풀리며 에너지를 방출하는 현상 도 코로나 가열에 기여한다고 알려져 있어요. 이 과정은 플라즈마 물리학과 깊은 관련이 있죠. 과...

중성미자라는 입자를 처음 들었을 땐 '뭔가 특별한 중성 입자일까?' 정도로 생각했어요. 그런데 알고 보니 이 입자는 우주의 기본 구성 요소 중 하나 로, 매 순간 우리 몸을 수백 조 개씩 통과하고 있다는 사실에 정말 놀랐죠. 오늘은 이 보이지 않고, 느껴지지도 않지만, 우주를 이해하는 데 핵심적인 존재인 중성미자 에 대해 이야기해보려고 해요. 중성미자란 무엇인가요? 전하가 없는 거의 질량 없는 입자 중성미자는 전하가 없고, 질량이 거의 없는 입자 예요. 빛보다 빠르진 않지만, 빛에 거의 가까운 속도로 움직이고요. 그 때문에 물질과 거의 상호작용하지 않아서 검출이 매우 어려운 입자 로 알려져 있어요. 1930년대 이론으로 예측, 실험으로는 1950년대에 검출 1930년, 물리학자 볼프강 파울리는 베타 붕괴에서 보존되지 않는 에너지 를 설명하기 위해 이 입자를 가정했어요. 이후 1956년, 코완과 레인스가 처음으로 중성미자의 존재를 실험적으로 확인했죠. 중성미자는 세 가지 종류가 있어요 중성미자는 전자 중성미자, 뮤온 중성미자, 타우 중성미자 이렇게 세 가지가 있어요. 그리고 이들은 서로 형태를 바꾸는 '진동'을 하기 때문에 물리학자들을 더욱 흥분시키고 있어요. 중성미자의 독특한 성질 물질과 거의 상호작용하지 않아요 중성미자는 너무 작고 중성이기 때문에, 지구 전체를 통과하면서도 단 하나의 원자와도 부딪히지 않을 수 있어요. 실제로 태양에서 오는 중성미자는 매초 우리 몸을 뚫고 지나가고 있죠. 중성미자 진동 현상 이 입자들은 서로 다른 종류로 ‘변신’할 수 있는 능력 이 있어요. 이를 중성미자 진동이라 부르며, 이 현상 덕분에 중성미자는 질량이 0이 아니라는 사실이 밝혀졌어요. 이는 표준모형을 수정해야 할 정도로 큰 발견이었죠. 빛보다 빠른가요? 아닙니다 2011년, 이탈리아에서 중성미자가 빛보다 빠르다는 실험 결과가 나왔지만, 기기 오류로 밝혀졌어요. 결국 중성미자도 광속을 넘지 않아요...

양자 얽힘은 마치 마법처럼 들리기도 해요. 서로 멀리 떨어져 있는 두 입자가 마치 텔레파시를 주고받는 것처럼 동시에 상태를 바꾸는 현상이죠. 처음에는 저도 이 개념이 너무 비현실적이라 믿기 어려웠어요. 하지만 양자역학의 핵심 중 하나로, 실제 실험에서도 반복적으로 관측되고 있다는 사실을 알게 된 후엔 과학의 신비함에 감탄하게 되었어요. 아인슈타인이 양자 얽힘을 받아들이지 못했던 이유 "유령 같은 작용"이라는 표현의 의미 아인슈타인은 양자 얽힘을 두고 "spooky action at a distance(먼 거리에서의 유령 같은 작용)"이라 표현했어요. 그는 빛보다 빠르게 정보가 전달되는 것처럼 보이는 이 현상이 특수상대성이론 과 충돌한다고 생각했죠. 국소성 원칙과 결정론적 우주관 그는 우주가 결정론적 이라고 믿었고, 국소성(locality), 즉 한 입자의 상태는 그 입자 주변의 조건에만 의존한다고 생각했어요. 그런데 얽힘은 이를 정면으로 부정했죠. EPR 패러독스의 등장 1935년, 아인슈타인과 동료들은 EPR(Einstein-Podolsky-Rosen) 논문을 발표하며, "양자역학은 불완전하다"고 주장했어요. 얽힘을 수학적으로 설명은 할 수 있지만, 물리적으로는 설명이 안 된다는 반론 이었어요. 현대 물리학은 양자 얽힘을 어떻게 받아들이는가? 벨의 부등식과 실험의 역사 1964년, 존 벨(John Bell)은 얽힘을 수학적으로 검증할 수 있는 벨의 부등식 을 제안했고, 이후 수많은 실험이 이 부등식을 깨뜨리는 결과를 보여줬어요. 가장 유명한 건 1980년대의 알랭 아스페(Alain Aspect) 실험 이죠. 2022년 노벨 물리학상의 주인공들 2022년 노벨 물리학상은 얽힘 현상을 실험적으로 검증한 세 명의 과학자, 아스페, 제일링어, 클라우저 에게 돌아갔어요. 이로써 얽힘은 단순한 이론이 아니라 물리적 사실 이라는 인식이 확고해졌죠. 양자정보학과 얽힘의 실용적 활...