[과학] 중력과 현대과학

중력과 현대 과학

1.머리말

> 본론에 들어가기에 앞서 안녕하세요^^  저는 우주에 아주 미쳐있는 정도는 아니지만 가끔씩 우주 관련된 책도 읽고 특히 자연과학에 관심이 조금 있고, 과학영화를 좋아 합니다. 특히 인상 깊었던 영화는 1.인터스텔라 2.콘택트 이 두가지를 단연 제 인생 최고의 영화라고 할 수 있습니다.

읽어본 책중에서는 1.세티 2.마음의 미래를 꼽을수 있습니다. 

1) 인터스텔라 - 영화

>특히 “인터스텔라”라는 영화는 “킵손”이라는 미국의 과학자가 고문으로 참여하여 수년간 노력을 기울여 과학에 기반한 상상과 현재 과학의 수준을 통해 알아낸 사실들을 기반으로 제작한 영화입니다.

2)콘택트 - 영화

>콘택트라는 영화는 미국의 과학자 “칼 세이건”이라는 과학자가 고문으로 참여하여 1990년대에 만든 영화입니다, 콘택트는 과학이라는 것에 대해서 다시한번 생각해주게 만드는 영화입니다. 종교, 문화, 인종에 따라 과학을 불신하기도 하고 맹신하기도 하는데 이런 문제점, 가치관?에 대해서 이야기를 합니다.

영화 콘택트(1997년 개봉)의 한장면

“칼 세이건”의 말을 보면 이 영화가 어떤 영화인지 감이 오실 듯 합니다.

>“신이 우주의 일부로서 존재한다면 과학적으로 증거를 대고 증명을 할 수 있을 것이다.” 라는 말을 했습니다.

위대한 과학자 칼세이건

3)세티 - 도서

>현재의 과학에서 양자역학에게 중성자란 무엇인가를 묻는다면 한 개의 위 쿼크, 두 개의 아래 쿼크로 이루어져 있다 라고 합니다, 하지만 쿼크가 무엇이냐고 묻는다면 할말이 없다는 것입니다, 쿼크는 또 다른 개념을 가져와 정의하고 또 그 개념은 또 다른 개념을 가져와 정의하게 됩니다, 이처럼 현재의 과학이라는 것은 아직까지는 본질이라는 것에는 아직 도달하지 못했나 봅니다.

>콘택트, 인터스텔라, 그리고 세티라는 책 시간 있으시면 꼭 보시길 추천합니다

 

티모시페리스의 seti

 

1)중력이란 무엇인가.

영화 그래비티 포스터

> Gravity 즉. 중력이라고 한다, 이 중력이라는 힘은 1686년 아이작 뉴턴이 이것에 대해 의문을 가진 후, 결국 중력은 모든 물체들 사이에 존재하는 인력이라고 결론을 내렸고, 그는 사과가 땅에 떨어지도록 하는 힘과 같은 힘이 달을 공전궤도에 붙잡고 있다는 것을 깨달았다, 지구의 중력은 실제로도 달이 매초마다 직선 경로로 1mm씩 멀어지는 것을 막아주므로 공전궤도를 돌 수 있도록 하고 있다, 이 법칙에 의하면 중력은 우주의 질량이 있는 모든 물체들이 서로 끌어 당기는 힘이고, 두 물체간의 중력의 세기는 그 물체들의 질량과 그들 사이의 거리에 의존한다, 이러한 뉴턴의 중력의 법칙은 2세기 이상 과학계에서 절대적인 이론으로 명성을 떨쳤다, 이는 거의 모든 물체의 운동을 예상할 수 있게 해주었고, NASA의 달 착륙부터 거의 모든 일에 관여를 했다고 보면된다, 뉴턴의 중력 법칙은 가장 위대한 과학적 발견중의 하나이다, 하지만 뉴턴의 법칙은 왜 중력이 생기는지를 설명하지 않는다, 다만 중력이 물체에 어떻게 영향을 끼치는지를 설명한다, 그리고 시간이 지나면서 뉴턴의 법칙으로는 설명할 수 없는 현상도 발견이 되었다.

>현재 과학에서는 자연계 즉. 우주에서 물리법칙을 일으키는 힘은 4가지로 알려져 있다, 나머지 힘과 설명은 아래표를 참고.

 

힘의 이름	설 명
강력(Strong)	현재의 강력은 양자역학적 개념으로는 기본입자인 쿼크와 글루온의 결합력을 일컫는다.
전자기력(Electromagnetic)	기본입자인 렙톤과 쿼크 사이의 상호작용을 일으키는 힘
약력(Weak)	원자핵의 붕괴에서 나타나는 힘으로 짧은 거리에서 작용하는 힘이다.
중력(Gravity)	시공간을 휘게 만드는 힘으로 얘기할 수 있다.

2)아인슈타인의 중력.

>현재까지의 과학사에서 최고의 과학자를 뽑으라고 한다면 단연 독보적으로 아인슈타인을 최고라고 할 수 있다, 아인유타인의 중력이론과 관련해서 이제까지 시행된 시험 중 가장 엄격한 시험을 실시한 결과 현재 이론이 옳은 것으로 나타나기 때문이다, 아인슈타인의 일반상대론은 질량이 있는 물체가 시공간의 휨을 초래한다고 한다, 시공간의 휨은 중력으로 인식되는데, 아인슈타인에 따르면 시공간은 시간과 3차원 공간이 구성하는 4차원적 개념이다, 예를 들면 매트리스 위에 큰 볼링공이 놓여져 있다면 이 무거운 질량을 가진 볼링공이 공간 즉. 매트리스를 휘게 만들어 그 주변에 구슬을 굴린다면 그 구술의 움직임을 바꿔놓게 된다, 이와 유사하게 태양의 질량은 주변의 시공간을 크게 왜곡하며 지구 등 태양보다 질량이 작은 행성이 왜곡된 시공간에서 특정 경로를 따라 이동하게 만든다.

현재 과학자들이 일반상대론에 대해 직접적인 실험을 하지 않고 있는데, 그이유는 틀렸다고 생각하는게 아니라 뉴턴의 중력이론이 아인슈타인의 일반상대론에 대체 된 것처럼, 일반상대론이 이 현상에 대한 최종적인 설명이 아니라고 생각하기 때문이다, 약 1세기 전 발표된 아인슈타인의 중력이론은 현재까지 과학자들이 실시한 모든 시험을 통과했고, 그럼에도 과학자들은 끈임없이 야인슈타인의 이론이 어디에서 무너지는지, 대체이론이 필요한 부분이 어디인지를 구체적으로 규명할려고 하는중이다, 특히 아인슈타인의 중력이론은 원자, 아원자 단계에서 자연을 설명하는 양자론과 서로 상충된다, 저도 자세한 이론에 대해서는 잘 모르지만 양자론은 세상을 확률적 존재로 인식한다, 예를 들면 내가 화장실이 급해서 화장실 변기에 앉기 전 변기 커버를 들어보기 전까지는 그 안에 무엇이 들어있는지 확정되지 않은 상태라는 것이다, 누군가가 거기에 무언가를 남겨놓았을수도 있고 아닐수도 있다는 것이다, 내가 그 커버를 열어보기 전까지는 2가지 상태가 양존한다는 것이다, 내가 그 커버를 열어서 확인 하는 순간 그 물체의 상태가 결정되는 것이다 관측이 될 때야 비로소 물체, 현상이 확정이 되는 것이다. 라는 개념이고, 아인슈타인은 양자론이 현상을 아주 정확히 설명하는 좋은 이론임에는 분명하지만 이 이론이 완전하다고는 생각하지 않았다, 아인슈타인은 모든 일은 인과관계 즉. 인생, 운명이라는 것은 미리 정해진 각본데로 합당한 원인에 의해서 결과가 정해진 것이므로 확률적인 세상에 대해서 부정적인 시각을 가졌다고 알고 있다.

 

3.본론

  본론에서는 지구의 중력에 대한 전체적인 영향보다는 흥미있어 보이는 토픽들로 구성하여 각 토픽별로 어떻게 중력에 의해 상호작용하고 어떤 현상들이 일어나는지 알아보자, 그 이유는 그렇게 전체적으로 서술하기엔 저의 지식과 정보력이 떨어집니다. ^^

1) 달의 중력이 지구에 끼치는 영향

수성	3.7
금성	8.87
지구	9.807
화성	3.711
목성	24.79

>지금도 달의 존재에 의해 영향을 받고있는데 그것은 바로 조력발전이다. 조력발전은 조수간만의 차로 발생하는 수위차를 이용해 에너지를 얻는 방법으로 이 조수간만의 차가 달의 중력에 의해 발생한다. 우리가 알고 있는 밀물과 썰물이 달로 인해 발생하기 때문이다. 이 때문에 지구의 70%를 덮고 있는 물이 달에 이끌러 움직이게 된다. 물론 조수간만의 차는 달 뿐만이 아니라 태양의 인력에 의해서도 발생한다. 하지만 태양에 의한 효과는 달의 효과의 반절에도 못 미치는 47%에 불과하다. 결정적인 요인으로는 달은 지구를 하루에 한번 공전하기 때문에 매일 그 효과가 나타나지만 지구는 태양을 일년주기로 공전하기 때문에 효과가 매우 천천히 일어난다. 달이 없었다면 기조력을 에너지원으로 사용하는 것은 불가능 했을 것이다.

 

>미국의 정신의학자 아놀드 리버 박사는 70년대에 달이 인체에 미치는 영향에 대해 연구를 하였는데. 74년 1월8일 지구상에는 대규모 만조현상이 일어났다. 달과 지구의 거리가 평소보다 매우 가까워졌는데. 리버 박사는 이 시기에 플로리다주 마이애미를 대상으로 범죄의 중가율에 주목했는데 그 결과 1월의 첫 3주간 발생한 살인사건이 전년도 73년 1월 전체 살인사건 발생수의 두배가 넘었다. 리버박사의 이론은 인간의 공격성향이 달의 공전주기와 밀접한 상관관계가 있다는 것이다. 또 정신병원에서는 보름달인 경우에 실제로 정신과 병동에 근무하는 간호사들은 보름날에 유독 환자들의 성격이 급변하는 것을 경험 했다고 한다. 그 근거로 보름날에는 평상시 보다 양이온을 더 많이 띄고 있는 공기를 우리가 마시기 때문에 혈관 속으로 들어가게 되고 이와 같은 물리적 변화는 곧 인체의 생리활동에 영향을 미친다는 것이다. 이 외에도 달의 위치에 따라 인체에 영향을 미친다는 연구결과가 많이 존재한다.

 

>달은 지구와 45도 각도로 충돌함으로써 지구의 중력에 끌려 지구를 도는 위성이 되었다. 이런 인연으로 인해 달은 엄청난 영향을 지구에게 주고 있으며 실제로 태양 다음으로 지구에 없어서는 안되는 소중한 위성이다. 달이 없다면 지금 지구의 생명체가 존재할 수 없으며 달로 인해 생명의 움직임이 활발하게 되었다.

2) 지구를 탈출할려면????

중력의 대상을 발사체로 가정하자. 지구는 발사체를 끌어당기지만 발사체는 이를 거스르고 하늘로 올라간다.

즉 발사체의 운동에너지가 지구 중력을 능가하면 중력권을 벗어날 수 있다는 뜻입니다. 자세한 설명은 분량 때문에 생략하기로 한다. 정확하게 말하면 지표면에서의 운동에너지가 지표면에서의 위치에너지를 능가해야 한다는 것이다. 이론적으로 계산한 값은 물체가 지구를 탈출하기 위해서는 1초에 112KM를 가는 속도로 진행해야 한다. 음속이 340m/s이니 음속의 33배 이상으로 날아야 지구를 벗어날 수 있다. 여기서 중요한 사실은 지구탈출속도는 우주 발사체와 같이 자체 추력을 통해 운동에너지를 계속 공급받는 경우에는 꼭 탈출속도에 도달해야 하는 건 아니다.

3)태양의 중력이 변한다면?

>제가 가지고 있는 steam회사의 sandbox_universe라는 우주 시뮬레이션 프로그램이 있는데 태양의 질량을 변하게 하여 중력을 강하게 만들어 보기로 한다.

>태양의 mass를 3배로 해본 결과

태양계 내의 모든 행성들의 공전궤도는 현재의 원형에 가까운 형태에서 모두 계란 형태의 반타원형으로 변형되었고 특히 지구는 온도가 최소100도에서 200가까이 되는 도저히 살수 없는 행성이 되어 버렸고, 공전주기 자전주기 모두 영향을 받아 완전히 다른 세상이 되어 버렸다. 아래의 파란색 선이 지구의 공전궤도 이다. 흰선은 수성 노란선은 금성 주황선은 화성이 된다.

4.결론

1.아인슈타인이 일생을 4가지 힘 중력 강력 약력 전자기력을 통합하는 통일장이론을 연구하는데 남은 일생을 사용했지만 결국 완성하지 못했다. 중력만이 나머지 힘들과 통합되지 않았기 때문이다, 이처럼 중력은 현대 과학사에서 매우 중요한 요소중 하나이다. 위에서 중력이 무엇인가, 또 중력이 지구에 어떤 영향을 미치는지에 대해서 살펴보았다. 사실 잘 이해되지도 않고 잘 받아들이기가 힘든 것이 사실이다.

마지막 순간까지 통일장이론 완성을 위해 힘쓴 아인슈타인

2.인간은 스스로 생각해낼 수 있고, 볼 수 있고, 느낄 수 있고, 즉. 인간의 지각능력으로 인지 할 수 있는 내용만 보고 듣고 느끼고 또 생각할 수 있다. 그렇게 현재까지 과학자들은 고차원적 세계를 우리가 사는 3차원 4차원 공간 안에서 서술하기 위해 엄청난 노력을 기울이고 있기도 하다. 인간이 5차원 공간으로 더 높은 고차원으로 갈 수 있을지 없을지도 모르지만 또 그러한 개념들이 존재하는지 존재하지 않는지도 의문이지만, 또 그러한 개념들을 찾았다고 하더라도 위에서 말했듯이 인간은 인간의 지각에 의해서 인식할 수 있는 만큼만 인식할 수 있는데 과연 그러한 고차원적 세계를 있는 그대로 인식을 할 수 있을까? 인간의 관점에서 바라본 고차원적 세계는 과연 어떤 모습일까.

3.우주의 모든 물리법칙은 우주가 탄생하면서부터 시작되었다고 한다. 그래서 현재의 수준으로는 우주 탄생이전의 정보를 알수도 없고 또 현재의 물리법칙이 다른우주 또는 우주이전의 현상들에 대해서 설명할 가능성은 거의 0에 가깝다는 것이 현재의 의견이다. 이렇게 우주속에서 인간이 알아낼수 있는 것이 매우 제한적이고 현재까지 알아낸 것들이 위대하면 위대하지만 우주적 관점에서 본다면 그것은 진실의 한조각에 불과 할 것이다.

4. 마지막으로 현재의 과학은 위에서 언급했듯이 양자론자에게 중성자가 뭐냐고 물어보면 중성자는 쿼크 몇 개 ... 이런식으로 얘기를 할 것이다 그러나 쿼크가 물어보면 쿼크가 무엇인지는 말해주지 않고 다른 개념을 끌어와 쿼크를 재정의 할 것이다. 이처럼 현재 과학은 본질이라는 것이 존재 하는지 아닌지 모르지만 본질 이라는 것이 존재한다면 아직 그 수준에는 도달하지 못한 것 같다. 인간은 항상 자기가 인식하고 있는 것이 맞는것인지 절대적인 것인지 항상 경계하면서 살아가는 것이 현재로선 최선의 길이 아닌가 생각된다.

출처:위키백과/나무위키/박홍균의원리한자, http://kr.wsj.com/posts/2013/04/26/%EB%81%8A%EC%9E%84-%EC%97%86%EC%9D%B4-%EB%8F%84%EC%A0%84%EB%B0%9B%EB%8A%94-%EC%95%84%EC%9D%B8%EC%8A%88%ED%83%80%EC%9D%B8-%EC%A4%91%EB%A0%A5%EC%9D%B4%EB%A1%A0/

 

http://www.sciencetimes.co.kr/?news=%EC%98%81%EC%9B%90%ED%95%9C-%EC%A7%80%EA%B5%AC%EC%9D%98-%EB%8F%99%EB%B0%98%EC%9E%90-%EB%8B%AC%EC%9D%98-%EA%B3%BC%ED%95%99

 

https://prezi.com/mwirbirvqob5/presentation/

 

http://www.edaily.co.kr/news/NewsRead.edy?newsid=01708886606183384&SCD=JE41&DCD=A00504