최무영교수의 물리학강의 20~21강

잎사귀
2022-02-20 13:34
214

20~21강 발제 올릴게요.

낼 뵈요~

댓글 11
  • 2022-02-20 17:36

    22~23강 발제입니다~

  • 2022-02-21 09:41

    우주 질문 아래와 같이 정리했는데요. 질문 하나, 빨강치우침 정리글 하나, 문장 중에 모르겠는 내용 질문 하나 이렇게 3가지로 구성된 질문입니다. 

    • 열린계, 닫힌계

    생명체는 열린계이다. 물질과 에너지가 계속 밖으로 나가고 들어오기 때문에 균형 상태로 살아갈 수 있다.

    열린 우주? 닫힌 우주?(559p)

    이 책에서 138억 년 전 대폭발 이후로 우주는 계속 팽창하고 있다고 합니다. 앞으로 어떻게 되느냐에 따라 우주가 끝없이 팽창하면 열린우주, 어느 이상 팽창하지 않으면 닫힌 우주라고 합니다. 이 두가지 가능성 중에서 어떻게 될지는 현재 얼마나 빨리 팽창하고 있는지와 우주의 물질이 얼마나 많은지에 따라 정해진다고 합니다(561p). 우주에 물질이 충분히 많다면 서로 당기는 중력이 강하므로 우주는 다시 줄어들고, 우주에 물질이 많지 않으면 중력이 강하지 않아서 끝없이 불어날 거라고 합니다. 만약 우주가 닫혀 있다면 유한하기 때문에 아무리 가도 끝을 만나지 않지만 제자리로 돌아온다고 합니다. 만약 우주가 닫혀있다면 우리는 다시 지구로 돌아온다고 해요.(573p) 그러나 현재로서는 우주는 평평하게 열려 있는 것 같다고 합니다. 그래서 우주는 끝없이 팽창해서 우주 종말에 이를 거라구요. 우주의 종말과 그 팽창에 대해 어떻게 생각하시나요?

     

    • 천체의 거리 측정

    천체의 거리 측정은 지구와 떨어진 거리에 따라 다르다. 가장 가까운 천체의 거리를 잴 때는 시차를 조사하면되고, 이보다 조금 먼 천체는 별의 밝기, 멀리 떨어진 경우는 빨강치우침을 이용한다.

    1)별의 시차 : 지구의 공전 때문에 발생한다. 공전 주기 6개월마다 별이 보이는 방향이 바뀐다.

    2)별의 밝기: 태양이 밝은 이유는 지구와 가장 가깝기 때문이다. 흐릿한 별 중에는 해보다 더 훨씬 밝은 별이 많다. 우리가 매긴 밝기 등급을 겉보기등급이라고 한다.

    3)중력 빨강치우침 : 은하에서 나온 빛을 분석해서 빛띠가 빨강 쪽으로 얼마나 치우쳤는지 보면 은하가 우리에게 얼마나 빨리 멀어지고 있는지 알 수 있다.

    => 일반상대성이론에서 빨강치우침 현상이 나왔었는데 이번에 좀더 자세한 설명이 나와 있어 도움이 되었습니다.

    (295p)중력마당에서 빛이 나오면 에너지를 잃어서 파길이가 길어지는 중력 빨강치우침 현상을 보이고, 이와 관련해서 중력마당에서는 특수상대론에서처럼 시간도 천천히 흐른다.

    (524p)은하에서 나온 빛을 분석해서 빛띠가 빨강 쪽으로 얼마나 치우쳤는지 보면 은하가 우리에게서 얼마나 빨리 멀어지고 있는지 알 수 있다.

    관측을 통해 빨강치우침을 재면, 은하가 멀어지는 빠르기를 알 수 있고, 여기에 허블의 법칙을 이용하면 거리를 바로 얻을 수 있다.

     

    • 검정구멍(블랙홀)과 중력파

    (545~6p)블랙홀의 질량은 해의 2, 3배에서 10배 정도로 추정된다. 아주 무거운 별, 예컨대 해 질량의 20배가 넘는 별이 찌부러지면 이러한 블랙홀이 될 것이다. 이에 더해서 해 질량의 수천 배인 블랙홀, 심지어 무려 수백만 배나 수억 배에 이르는 초대형도 있다. 앞의 것은 놀랍게 강한 전자기파를 방출하는 천체, 곧 별처럼 보이는데 은하 이상의 엄청난 에너지를 방출하는 이른바 1)퀘이사의 근원이라 추정하며, 뒤의 초대형 블랙홀은 미리내은하를 포함해서 대부분 은하의 중심에 존재한다고 여겨진다. 2)그런가 하면 양자역학적 효과를 고려하면 아주 조그만 블랙홀이 많이 있을 거라는 예측도 있다.

     

    1)퀘이사란?(백과사전 중에서) 퀘이사는 알려진 것들 중에서 가장 밝게 빛나는 물질의 집결체 입니다. 우리로부터 거의 100억 광년이상 떨어져 있는 퀘이사들 도 있는데, 이런 퀘이사는 우리에게 수십억년 전 초기 우주에 관한 정보를 알려주는 셈입니다. 이처럼 퀘이사는 매우 멀리 있고 또 매우 밝기 때문에 초기 우주 연구에 매우 중요한 천체입니다. 퀘이사가 갖는 에너지의 근원도 불가사의 중의 하나인데, 지금 은 퀘이사 중심부에 위치한 블랙홀이 주위의 질량을 빨아들이면 서 내는 에너지라고 생각하고 있습니다. 결론적으로 퀘이사는 우주 초기에 만들어진 거대한 블랙홀을 가진 은하의 중심핵인 것으로 생각됩니다.

     

    2)여기서 말하는 양자역학적 효과는 무엇인가를 찾아보았지만 애매모호한 측면이 있습니다. 양자중력은 앞서 책(106p)에서 ‘지적 사기 논쟁’의 소재로 소개되었는데, 186p에서는 중력이 작용하는 작은 세계를 기술하기 위해 일반상대성이론과 양자역학을 합칠 필요가 있다고 기술하고 있습니다. 대표적인 경우 중 하나가 블랙홀이며, 양자중력이라는 이론 체계를 만들지 못했다고 합니다. 그러나 여전히 양자역학적 효과 때문에 작은 블랙홀이 많을 거라는 가설의 근거가 양자역학의 어떤 작용을 의미하는지 모르겠네요.

  • 2022-02-21 10:13

    이번주 공부할 내용에 대해서 내용정리, 질문과 답변이 섞여 있습니다.

    질문 

    올베르스의 역설이 뭐지?

    빅뱅은 성서 창1:1을 뒷받침하나?  연결성이 있나?

    • 2022-02-21 15:45

      상선약수님 질문이 잘 안 보이네요. 세미나시간에 이 요약문을 다 읽을 수 없으니 같이 얘기해보고 싶은 부분을 미리 생각해주세요. 

      저는 써주신 문장 중에,

      특히 은하가 멀어지는 빠르기는 우리와 떨어진 거리에 비례함을 알았는데 이를 허블의 법칙이라 부릅니다 이를 발표한 1929년은 현대 우주론의 출발점이라 할 만합니다.

      이 부분을 얘기해보고 싶습니다. 제가 이 부분을 읽을 때 한 가지 아이디어가 떠올랐는 데요. 

      1920년대는 진정 물리학의 획기적인 연대이구나. 하는 점입니다^^ 아인슈타인과 보어의 양자역학 논쟁으로 우주의 시대도 열렸다는 것을 어림짐작해볼 수 있었습니다. 여기 내용에 보면 천체의 거리를 잴 수 있게 된 것은 원자마다 다른 빛을 내는 것을 알게 되었고, 그 빛을 거리재는 데 사용한 거라는 걸 추측해볼 수 있습니다. 여러 명의 보어들(원자 관련 물리학자들) 덕분에 우주시대도 열린 셈이지요. 

      **제가 요즘 들뢰즈 책을 읽고 있는데, 들뢰즈가 하필 1925년 생입니다(푸코 26년생). 그래서 저는 요즘 1920년대에 꽂혀있습니다^^ (하이데거는 1925년경(27??) 존재와 시간 논문을 발표합니다^^)

       

      • 2022-02-21 18:14

        질문 

        올베르스의 역설이 뭐지?

        빅뱅은 성서 창1:1을 뒷받침하나?  연결성이 있나?

  • 2022-02-21 10:43

    우주가 닫히던 열리던 평평하던 뭔 상관인가?

    계속 팽창하던, 다시 수축하던 뭔 상관인가?

    • 2022-02-21 16:02

      이 책을 읽다보니 열린 우주냐 닫힌 우주냐에 따라 세계관도 달라지겠더군요. 

      닫힌계라면 언젠가는 팽창이 극에 달하고 빵 터질테고, 열린계라면 지금으로서는 알 수 없더라도 그 무한 속에서 새로운 해법이 제시될 수도 있겠지요. 

      제가 이 책의 저자와 일반적인 견해가 다르다고 지난 시간에 헷갈려 했잖아요. (가령 지구는 일반적으로 닫힌계라고 하는데, 여기 저자는 열린계라고..)

      그런데 결국 여기까지 읽으니, 열린계냐 닫힌계나는 정해진 것이 아니라 어디에 중점을 두고 자신의 삶을 살 것인가에 대한 세계관의 문제더군요. 

      그러니까 자신의 관점에 따라 열린계라고도 할 수 있고 닫힌계라고도 할 수 있다고 말입니다. 제가 제대로 이해한 것 맞나요? 

  • 2022-02-21 12:46

    이번 주에 읽은 우주와 관련된 내용들은 흥미롭긴 했습니다만.....

    최무영 교수의 얘기 중 몇 가지는 좀 뭔가 거슬리는 부분이 있기도 했습니다.

    예를 들어,

    "왜 우주가 스스로 존재의 번거로움을 마다하지 않을까요?" (581p)

    "자연계 자체에 자연법칙이라 부르는 정해진 규칙이 존재한다는 사실이 놀랍습니다."(585p)

    너무 인간 입장에서의 서술이 아닌가 싶은 생각이 듭니다.

    법칙, 이론, 규칙, 게다가 존재의 이유라니요...

    이런 것들은 인간이 모든 것을 어떻게든 설명 가능하고, 통제 가능하게 만들고 싶어서 편의상 만들어낸 발명품이 아닐까요? 

    '스스로 그러하다'는데 뭘 굳이 법칙 운운할 일인가 그런 생각이 듭니다.  

    다른 분들은 어떻게 생각하시나요?

    • 2022-02-21 16:10

      이번 책이 과학사를 물리학적인 관점으로 쭈욱 훑어본 셈이잖아요. 

      이들을 보면서 과학이란 현상을 이해하기 위한 과학자들의 몸부림이란 생각이 듭니다. 

      고전역학으로는 설명할 수 없는 예외적 현상들을 설명하기 위해 양자역학이 등장하는 식으로 말입니다.  

      저는 모르던 물리법칙의 원리들에 조금씩 가까워지면서 그동안 "그렇겠지.."라고만 여겼던 것들에 반성이 들더군요. 

      우주의 법칙이 그렇겠지, 하고 살면서 제가 오히려 우주의 법칙에 극히 일부라는 사실을 까먹었다는 거죠. 

      적어도 우주를 탐구하는 과학자들은 그런 오만에는 빠지지 않겠구나 싶었습니다. 

  • 2022-02-21 14:17

    이번 우주 파트는 읽으면서 흥미로운 부분들이 많았습니다. (매번 그런 것 같지만)중성자별이나 검정구멍(이게 블랙홀이라는 걸 알아내는데 시간이 좀 걸렸습니다 ㅎㅎ)에 와서는 우주의 스케일에 압도되는 부분도 있었습니다.

    1)그런데, 도대체 블랙홀의 특이점에 대해서 최무영 교수만이 아니라 모든 과학서적이 이를 밀도가 무한히 크다, 라고 표현하는데, 제 머릿속에서는 잘 상상이 가지 않습니다. 유한한 세상에서 '무한히' 큰 것이 존재가능할까요? 가능하다면 이는 무슨 뜻일까요??

    2)책을 읽는 동안 걷는이 샘과 비슷한 의문이 들었습니다. 과연 별을 자연현상으로만 본다면 그것이 스스로 '새삼스럽게 뭉쳐서 존재의 번거로움을 겪는' 길을 '택'했을까요? 다시말해서, 우리는 별의 존재(의 선택)를 통해서 우리가 태어나 겪는 존재의 '번거로움'을 물어야하는 것이 아니라, 존재한 뒤 어떻게 살지 물어야하는 것이 아닐까요? 더군다나 하이데거가 말했듯이 우리의 존재에 대한 근거는 없기도 하니까요(존재의 내던져져 있음). 자연현상은 '그저 그렇게' 벌어지는 것이기에 우리가 그것을 인간적인 가치를 주입해야할지에 대해서는 잘 모르겠습니다.

    더불어서 최무영 교수가 책에서 과학을 다루며 보여주는 일종의 '인간적'인 태도에 대해서도 이야기해볼 수 있으면 좋겠습니다. 우리는 이를 어떻게 대해야 할까요?

    • 2022-02-21 15:56

      미르님, 걷는이님, 재하님의 2번은 제게 비슷한 질문으로 느껴집니다. 

      저는 이번 우주장을 읽으면서 오히려 이와 반대되는 생각을 했습니다. 

      "나는 왜 탐구하기보다는 미리 알 수 없다고 포기했을까."

      우주에 대해 생각해본 적이 까마득합니다. 중학교 입학하고 1, 2학년 때 집중적으로 우주에 대해 고민했던 것 같습니다. 

      세상이 나를 위주로 돌아가지 않고 나와 같은 혹은 전혀 다른 사람들이 너무나 많이 혹은 비슷하게 살고 있다는 것을 깨닫는 순간이었습니다. 

      이때 우주의 신비를 느꼈던 것 같습니다. 그 수수께끼가 너무 궁금하기도 했습니다. 그런데, 딱 거기까지. 

      몇날 며칠을 생각해보니 이건 도저히 답이 나오지 않겠다 싶었습니다. 그래서 가까운 교회와 절, 성당을 다니는 것으로 그 해법을 찾고자 했습니다. 

      제 어린 마음에 우주는 도저히 인간이 해낸 일 같지 않다. 신의 섭리를 케는 게 우주의 신비를 푸는 열쇠라고 말입니다. 

      만약 내가 이런 고민을 고등학교 이후에 했다면 어땠을까? 물리 시간에 딴 짓하지 않고 과학적 해법에 관심을 가졌다면 어땠을까? 

      아무튼 이때 이후로 제게 우주는 존재하나 존재의미를 갖지 않게 됐습니다. 우주는 내게 너무 큰 질문이고 이런 답 없는 질문은 의미없다고 말입니다. 

      저는 이런 점이 제가 쉽게 포기해버린 부분이라고 생각하고, 여기 책을 따라가면서 과학자들이 끊임없이 탐구하는 점이 인상적이었습니다. 

      이들의 궁금점이 저의 어린 시절 궁금점과 크게 다르지 않다고 생각합니다. 다만 이들은 포기하지 않았다는 것. 그래서 이들의 궤적이 제게는 

      경이롭다는 생각이 들었습니다. 한번쯤 의문을 갖지만, 누구나 한 번쯤 가졌을 그 의문을 평생의 과업으로 삼는다는 것, 제게는 이들이 이번에는 멋저보였습니다. ㅎㅎ

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