우리가 살아가는 세상은 수많은 변화와 현상으로 가득 차 있습니다. 뜨거운 물은 차가워지고, 정리된 방은 시간이 지나면 어지러워집니다. 이러한 자연 현상 뒤에는 놀랍도록 일관된 원리가 숨겨져 있는데, 바로 열역학 법칙입니다. 열역학 법칙은 크게 네 가지로 나뉘지만, 특히 우리 삶과 밀접한 관련이 있는 것은 열역학 제1법칙(에너지 보존 법칙)과 열역학 제2법칙(엔트로피 증가 법칙)입니다. 열역학 제1법칙은 에너지는 생성되거나 소멸되지 … Read more
초전도체, 이 놀라운 물질은 전기 저항이 완전히 사라지는 현상을 보입니다. 마치 전기가 아무런 저항 없이 흐르는 완벽한 도체처럼 말이죠. 그 원리는 매우 복잡하지만, 간단히 설명하자면 특정 온도 이하로 온도가 낮아지면 물질 내부의 전자들이 쌍을 이루어 격자의 진동과 상호작용을 하지 않고 자유롭게 움직이는 ‘쿠퍼쌍‘을 형성합니다. 이 쿠퍼쌍은 물질 내부의 불순물이나 결함에 의해 산란되지 않아 전기 저항이 … Read more
우주배경복사(CMB)를 통해 본 초기 우주, 상상만 해도 신비롭지 않으신가요? 우리가 지금 보고 있는 우주의 모습은 138억 년이라는 긴 시간의 결과입니다. 그 먼 과거, 우주의 탄생 직후의 모습을 어떻게 알 수 있을까요? 바로 우주배경복사 덕분입니다. 우주배경복사는 빅뱅 이후 약 38만 년이 지난 시점에 우주가 급격히 팽창하면서 남겨진 빛의 잔향입니다. 마치 갓 구워낸 빵의 열기처럼, 초기 우주의 … Read more
우리가 눈으로 볼 수 없는 미시 세계를 탐구하는 데 핵심적인 역할을 하는 입자 가속기. 이 기계는 어떻게 작동하며, 우리의 과학 발전에 어떤 기여를 했을까요? 입자 가속기는 전기장과 자기장을 이용하여 하전 입자를 빛의 속도에 가까운 속도로 가속시키는 장치입니다. 마치 미니어처 우주를 만들어내는 것과 같죠. 가속된 입자는 목표물에 충돌하여, 그 충돌 과정에서 새로운 입자가 생성되거나, 물질의 기본 … Read more
우리가 살고 있는 우주는 중력이라는 신비로운 힘으로 지배받고 있습니다. 뉴턴의 만유인력 법칙으로부터 시작된 중력에 대한 이해는 아인슈타인의 일반상대성이론을 통해 한층 더 심오한 차원으로 발전했습니다. 일반상대성이론은 중력을 시공간의 곡률로 설명합니다. 쉽게 말해, 질량이 큰 물체는 주변 시공간을 휘게 만들고, 그 휘어진 시공간을 따라 다른 물체들이 움직이는 것이 바로 중력이라는 것입니다. 이러한 시공간의 곡률은 시간에도 영향을 미칩니다. … Read more
우주를 구성하는 물질 중 우리 눈에 보이는 것은 겨우 5%에 불과하다는 사실, 알고 계셨나요? 나머지 95%는 우리가 감지할 수 없는 암흑물질과 암흑에너지로 이루어져 있다고 과학자들은 추측합니다. 그 중에서도 오늘 이야기할 주제는 바로 암흑물질의 존재 여부입니다. 우리가 직접 볼 수 없고, 어떤 전자기파와도 상호작용하지 않는 암흑물질은 그 존재를 간접적인 증거를 통해서만 추론할 수 있기 때문에, 그 … Read more
고체물리학은 우리 주변의 세상을 이해하는 데 필수적인 학문입니다. 휴대폰, 컴퓨터, 태양전지 등 우리가 매일 사용하는 수많은 물건들이 고체의 특성에 의존하고 있죠. 이러한 고체의 성질을 이해하는 핵심 개념 중 하나가 바로 전자 밴드 이론입니다. 고체 내부의 원자들은 서로 매우 가까이 위치하여 각 원자의 전자들이 서로 상호작용합니다. 이러한 상호작용은 전자의 에너지 준위를 변화시키고, 개별 원자의 불연속적인 에너지 … Read more
우리가 사는 우주를 구성하는 기본 입자와 그들의 상호작용을 설명하는 이론, 바로 표준 모형입니다. 입자 물리학에서 표준 모형은 마치 주기율표가 화학에서 차지하는 역할과 같습니다. 주기율표가 원소들의 성질과 관계를 체계적으로 정리하듯, 표준 모형은 기본 입자들을 분류하고, 그들 사이의 힘을 매개하는 입자들과 상호작용을 설명합니다. 쿼크와 렙톤과 같은 기본 입자들과 이들을 지배하는 네 가지 기본 힘(강력, 약력, 전자기력, 중력) … Read more
고에너지 물리학은 우리가 상상하는 것 이상으로 극한의 환경을 연구하는 학문입니다. 우주의 탄생과 진화를 이해하려는 노력에서 시작된 고에너지 물리학은 지구상에서는 결코 경험할 수 없는, 극도의 온도와 압력, 그리고 상상을 초월하는 에너지 밀도를 가진 환경을 탐구합니다. 먼저, 대폭발(빅뱅) 직후의 우주를 생각해볼 수 있습니다. 이 시기의 우주는 현재 우리가 경험하는 것과는 전혀 다른 극한 환경이었습니다. 엄청난 온도와 밀도로 … Read more
빅뱅 이전 우주의 상태를 탐구하다. 우리가 살고 있는 우주는 약 138억 년 전 빅뱅으로 시작되었다고 믿고 있습니다. 하지만 빅뱅 이전은 어떤 상태였을까요? 이 질문은 현대 우주론의 가장 큰 미스터리 중 하나입니다. 우리는 빅뱅 직후의 우주에 대한 많은 것을 알고 있지만, 그 이전의 시대는 관측 가능한 영역을 벗어나 있어 직접 관찰이 불가능합니다. 그렇다면 빅뱅 이전의 우주를 … Read more