무와유의 물리학을 다룬 과학월간지 Newton!

무와 유의 물리학 ㅣ 뉴턴 하이라이트 Newton Highlight 113
뉴턴코리아 편집부 지음 / 아이뉴턴(뉴턴코리아) / 2017년 11월

'유는 무요, 무는 유로 돌고돌아 지극하면 구공이나 구족이라....'

제가 암송하는 문구로 유와 무를 종교적으로 많이 거론하였는데

과학분야에서 다뤄지는 유와 무는 어떤 의미로 다가올지

그 궁금함이 극대화된 책 한권을 만났습니다.

Netwon  HIGHLIGHT 113

무와 유의 물리학

종교적인 유,무의 개념과 과학적인 유,무의 개념은 확실한 차가 있는 것으로

과학분야에서 무는 단지 '아무것도 없는' 상태의 진공을 인위적으로 만들 수 없어

실제로는 극히 저압의 상태를 진공이라 규정하더군요.

그 예로 우주를 들었지만 우주역시 완전한 진공은 아니고,

 숫자 0은 '아무것도 없을'을 나타내고

이처럼 '무'와 '유'의 문제는 과학과 수학에서 아주 깊은 수수께끼를 던져 주고 있죠.

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'아무것도 없다'는 것은 어떤 상태인가?

수(數). 공간.우주탄생, 소립자의 무와 유

책에서 총 5장으로 다루고 있는 '무와 유'를 만나봤어요

1장. 수의 '무'와 '유'

2장 존재의 '무'와 '유'

3장 공간의 '무'와 '유'

4장 우주 탄생의 '무'와 '유'

5장 소립자의 '무'와 '유'

고대부터 수학자와 철학자는 '0'이라는 수의 매력에 사로잡혔죠.

불가사리한 것은 숫자만이 아니라

온도, 저항, 질량, 크기, 속도 등의 물리적인 값이 0이 되면 기묘한 일이 일어난다는 건데,,

과연 '0'이란???

많은 수학자를 괴롭히 '0'은 오랫동안 '수'로 간주되지 않았죠.

 일본 와세다 대학의 명예 교수 아다치 노리오 박사는

"이를테면 영어의 number에는 수와 개수라는 두 가지 의미가 있다. 사람은 아무래도 언어로 생각하므로, 유럽에서는 수와 개수를 동일시한 것 같다. 이것이 0을 수로 간주하지 않은 하나의 원인이다."

라고 말했어요.

 0은 현대 수학에서 특히 나눗셈을 허용하지 않는다니

수판에서 빈자리의 0

PC 키보드 위치상 수로 간주되지 않은 0

온도계에서 기준으로서의 0

우주 공간은 진공이고 '무'의 0

여러 상황을 잘 채워주고있으면서도 의문을 던지게 하는 '0'입니다.

고대 문명의 0으로 마야의 0 기호는 '아래턱에 손을 괸 얼굴'이였다니

그림문자의 기능을 톡톡히 해내지만 역시 0 이 훨씬 간편하군요.

인도는 수학을 잘하는 나라로 0을 최초로 정상적인 '수'로 간주한 곳이랍니다 .

'0을 정산적 수로 간주하는 것'은 0을 덧셈.뺄셈.곱셈. 나눗셈 등의 연산의 대상으로 본다는 뜻이죠.

인도의 숫자는 이슬람 문화권을 거쳐 유럽으로 전해졌고

중국에도 0의 '씨앗'은 존재했지만 더 이상 발전하지 않았다 하네요.

0이 중요한 숫자인만큼 인도의 수학자를 괴롭혀 0의 나눗셈은 흥미로우나

그 의미에대해 언급하지 않는다고 합니다.

아~ 괴로운 '0'이여

자연계에서 나타나는 다양한 0 중에

온다 0은 인간에서 친숙한 '물'이라는 물질이 어는 온도라는 의미로

한편, 물리학에서 사용하는 온도에 '절대 온도'가 있는데 문자 그대로 '절대적'인 의미를 가진 온도이죠. 저온일수록 원자의 운동은 약해지고

현대 물리학의 기초가 되는 양자론으로 생각하는 경우에는 엄밀히 정확한 것은 아니라합니다.

절대 온도 0에서 기체의 부피는 0이 되고

현실의 기체에서 원자끼리 인력이 작용하므로 절대 온도 0도가 되기 전에 액체,고치가 되지요.

우리 눈으로 볼 수 없는 작은 것,

예를들면 원자나 전자가 '존재한다'는 사실을 의심하지 않지요.

'만물은 원자로 이루어져 있다' 이제는 상식이 된 이 사실을 대다수 과학자가 받아들인 것은

겨우 100년 정도 저느이 일로

'원자의 존재'를 둘러싼 과학자드르이 생각과 발언을 책 속에서 만나볼 수 있답니다.

민주사회원칙이 아니더라도 과학 분야에서도 찬반의 관계가 늘 성립한다는 것또한 주목할만한 일이네요.

중학교 과학시간에 좀 더 구체적으로 배우게되는 원자와 분자의 관계및

파동과 입자의 양면성이 당구를 치는 와중에도 증명될 수있다니

실생활에서 발견될 수 있는 무한한 과학의 세계에 눈을 떠야겠지요?

1807년 영국의 물리학자 토머스 영(1773~ 1829)의 실험을 통해, 빛은 '파동'이라는 생각이 연구자들의

상식이 되었죠. 영은 빛이 '간섭'이라는 파동의 성질을 가졌음을 실험으로 보여주는데

그래픽 잡지답게 우리가 직접 실험으로 관찰하기 어려운 부분 조차 그림으로 상세히 설명되어 있어

퍼져 나가는 파동의 형태를 실험을 한 것마냥 잘 관찰할 수 있답니다.

전자는 불연속적 궤도에 존재하고

전자는 광자를 방출.흡수해 궤도 사이를 뛰어오르면서

각 빛의 색에따라 다른 궤도에서 전자가 이동한다는 것을

보어의 원자 모델과 및의 발생의 그림을 보며 자세히 알 수 있어요.

전자의 파동은 '전자의 발견 확률'을 나타낸다 코펠하겐의 해석또한

무와 유를 설명하고 있군요.

어떻게보면 참 어려운 문제이지만 그림과 함께 설명되고 있어

그래픽 잡지의 장점을 고스란히 느낄 수 있는 부분입니다.

너무 어려우면?

원하는 부분부터 읽어 부분부분 이해해나가면 된답니다.^^

공간의 '무'와 '유'

아무것도 들어 있지 않은 상자를 우리는 '비었다'고 생각하지만

단지 눈에 보이지 않을 뿐 거기에는 수많은 공기 분자가 들어 있어요.

'진공'이라는 단어 하나로

형광등의 진공,스바루 망원경의 진공, 우주 공간의 진공, 원자 속의 진공등등

각각의 상황에 따른 실체를 들여다 볼 수 있어요.

과학적 유,무 개념이 종교적 유,무 개념과 조금은 통한다?

없다는 것이 마냥 아무 것도 없는 상태가 아닌 약간은,,아주 미세하게 존재하나 그것을 없는 상태로

간주한다는 것일 수도 있고 말그대로 아무 것도 없는 것일 수도 있고

생각하기나름인 종교적 개념과 실험을 통해 증명되는 과학적 개념이

불확정성 원리로 설명될 수도 있겠네요.

한번쯤 인류의 탄생에 대해 생각해 본 적이 있으리라 생각돼요.

도대체 이 생명체들의 기원은 무엇일까?

과학적 접근보다 종교적 유와 무의 개념이 어떨땐 논리를 넘어선 설명이 되기도하고~^^

우주 탄생의 '무'와 '유는

시간과 공간 모두가 없는 '무(無)'에서 거품처럼 탄생했다 합니다.

20세기 이후 물리학자들은 북잡한 수식을 다루면서 어려운 문제에 매달려 왔지요. 1922년 러시아 수학자 알렉산드로 프리드만은 일반 상대성 이론을 바탕으로, 과거에서 미래를 향해 우주 공간이 어떻게 변하는가를 계산하고

그때 유도된 가능성의 하나는 '우주는 팽창을 계속한다'는 것이었다 합니다.

일반 상대성 이론만으로 우주 탄생의 수수께끼를 설명할 수 없다하니

무와 유만으로 해결되지 않는 사항이군요.

 

간단한 단어 '무와 유'

 

하지만 절대 물리학에서 간단히 설명할 수 없는 무한한 세계가 펼쳐지고 있는

과학월간지 Netwon을 통해 중학교 과학교재, 그 이상을 넘어선 무한함이

한권 속에 농축되어 있다는 놀라운 사실을 만날 수 있었습니다.