생소한 물리수업 ③

생소한 물리수업 3 - 호기심을 실력으로 바꾸는 브리지 영재 학습 ㅣ 생소한 물리수업 3
신학수.남철주 지음 / 세화(도서출판) / 2024년 1월

 그림은 육지 쪽으로 쑥 들어간 해안인 만과 바다 쪽으로 돌출된 육지인 곶을 향해 파도가 밀려가는 파면과 진행방향을 나타낸거야. 파랑은 바람에 의해 해수면에 생기는 풍랑과 너울과 같은 파도를 말하는데, 만과 곶은 파랑의 작용에 따라 다른 지형이 형성되지.(-36-)

똑같은 두 파도가 중첩될 때 한 파도의 마루가 다른 파도의 마루와 중첩되면 서로 파동 효과가 더해져서 진폭이 2배가 되지.이와 같은 현상을 '보강'되었다고 해.그리고 한 파도의 마루가 다른 파동의 골과 중첩되면 서로 파동 효과가 사라지면서 진폭은 0이 되지.이와 같은 현상을 '상쇄(소멸)'되었다고 해. 이처럼 똑같은 두 파동이 진행되었다가 중첩되어 보강되거나 상쇄되는 현상을 간섭이라고 하지. (-55-)

제임스 웹 망원경은 적외선 관측을 통해 초기 우주 상태를 알아내는 것이 주된 임무라고 해.그 외에도 다른 어떤 일들을 하게 될지도 정말 기대가 돼. (-122-)

전반사의 진가는 광섬유에서 나타나, 광섬유는 접근하기 어려운 곳까지 빛을 전달해 주기 때문이야. 기계를 제작하는 사람들은 광섬유를 이용하여 엔진의 내부를 조사하고,내과 의사들은 광섬유를 이용하여 환자의 몸 안을 살펴보기도 해.

그 뿐만 아니라 광섬유는 통신에서도 중요한 역할을 하고 있어.많은 도시에서 주요 전화국들 사이에 수천 회선의 동시 전화 신호를 운반할 대, 굵고 큰 부피의 비싼 구리선 대신에 가는 유리 섬유를 이용하고 있거든. (-141-)

아인슈타인은 금속에 빛이 쪼여지는 상황을 광(량) 자와 전자의 충돌로 단순화했고,그 상황에서 역학적 에너지가 보존된다는 가정을 바탕으로 이론을 전개하여 광전효과를 완벽하게 설명했어. 다음에 나오는 그림은 아인슈타인의 설명을 개념적으로 그린 것인데, 에너지가 hf 인 광자가 질량이 m인 전자와 충돌하여 에너지 장벽 W를 극복하고 금속 표면에서 탈출하는 것을 나타내고 있어. (-205-)

양자역학은 그 기초가 일상적이로 상식적인 생각을 뛰어넘는 것이야.이 이론에 따르면 자연 현상의 원리는 기존의 이론과 법칙으로 설명할 수 없는 전혀 다른 개념 체계이지. 그 중 가장 뚜렷하고 놀라운 것이 하이젠베르크의 불확정성 원리야. (-270-)

제임스 웹 우주망원경이 관측한 120억 광년 저도의 은하가 중력 렌즈 현상으로 인한 아인슈타인 링을 보여주고 있어.이러한 현상이 나타나려면 두 은하와 지구가 거의 완벽하게 일렬로 정렬되어 있어야 해. 앞쪽 은하의 중력으로 인해 뒤쪽 은하의 빛이 렌즈를 통해 보는 것처럼 왜곡되고 확대되어 보이지. (-344-)

21세기 현대인의 삶은 과거의 과학 기술이 중첩되어서 쌓인 결과이다.과학기술 하나 하나 새롭게 검증되면서, 우리 삶은 그 과학기술과 관련한 기술들이 만들어지고,물리학을 응용한다. 물리학은 기초과학으로서, 인간이 세상을 이해하는 기준이 되고 있다.그로 인해 저 먼 하늘을 처다보기만 햇던 고대인과 달리,인간은 이제 저 하늘 위로 솟구칠 수 있는 상황,지구 밖으로 나갈 수 있는 물리학이 존재한다.

고전 물리학 하면 떠오르는 이가 뉴턴이다. 뉴턴의 물리학에 정면 도전했던 이는 아인슈티인이다.그는 광전효과로 노벨물리학상을 수상했고,특수상대성 이론으로 우주의 진리를 탐구할 수 있었다.이번 책 『생소한 물리수업 ③』에서 다루는 물리학은 빛과 에너지,우주에 관한 이야기들이다. 빛에 대해 이해함으로서, 색상을 구별할 수 있게 되었으며,무지개가 생기게 되는 원리를 이해 할수 있다. 광전효과와 광섬유가 있기 때문에,우리는 몸을 해부하지 않아도, 내 몸에 어떤 문제가 나타나고 있는지 확인할 수 있게 되었다. x-RAY, CT,MRI로 우리 몸에 있는 여러가지 질병들을 확인할 수 있게 된다. 특히 허블망원경이 은퇴하고,제임스 웹 망원경이 우주 공간 위에 올려지게 된다.그 과정에서,우주의 수명 뿐만 아니라,우주 초기에 어떤 상황이었는지 관찰할 수 있는 희망이 생겨나고 있다.

추가적으로 빛이 다다를 수 있는 저 끝의 우주에 대한 진리 탐구, 우주 공간 속에서, 중력파의 존재 뿐만 아니라 앞으로 해결해야 하는 보이지 않는 에너지에 대해서 답을 찾아 나가야 할 때이다. 마지막으로 양자역학은 미시적인 세계를 다루고 있으며,양자 컴퓨터가 만들어진다면,지금보다 더 빠른 컴퓨터가 등장하게 되며, 지금과 다른 세상이 펼쳐질 수 있다.