공대나온아조씨

왜 시간은 되돌릴 수 없는가 – 엔트로피와 시간의 방향

물리학은 되돌릴 수 있는 법칙이지만, 우리의 삶은 되돌릴 수 없다. 그 이유는 무엇일까?왜 시간은 되돌릴 수 없는가 – 엔트로피와 시간의 방향목차1. 물리 법칙은 시간 대칭적이다2. 엔트로피 증가와 시간의 화살3. 열역학 제2법칙의 본질4. 우주의 초기 상태와 비가역성5. 시간의 철학과 인간의 인식1. 물리 법칙은 시간 대칭적이다뉴턴 역학, 전자기학, 양자역학, 일반상대성이론 등 대부분의 물리 법칙은 ‘시간 대칭성’을 가진다. 이는 어떤 물리적 과정을 시간 순서대로 보든, 시간을 거꾸로 돌려도 물리 방정식 자체는 변하지 않는다는 의미다. 수학적으로는 미분 방정식이 시간 변수에 대해 대칭이기 때문이다. 그런데 우리의 경험은 다르다. 유리컵은 깨지지만 스스로 원래대로 돌아오지 않으며, 죽은 생명체는 되살아나..

우주의 95%는 보이지 않는다 – 암흑물질과 암흑에너지

보이지 않지만 존재하는 것들. 암흑의 우주가 우리를 감싸고 있다.우주의 95%는 보이지 않는다 – 암흑물질과 암흑에너지목차1. 보이는 우주는 단지 5%2. 암흑물질의 존재를 추론한 근거3. 암흑에너지와 우주의 팽창 가속4. 정체를 모르는 물리학의 가장 큰 미스터리5. 우리가 암흑의 우주에서 배울 수 있는 것1. 보이는 우주는 단지 5%우리가 눈으로 보는 별, 행성, 은하 등은 우주의 단지 5%에 불과하다. 나머지 95%는 ‘보이지 않는 물질’과 ‘측정되지 않는 에너지’로 채워져 있으며, 우리는 그 존재를 직접 관측할 수는 없지만, 그 영향력은 수많은 관측을 통해 확인되고 있다. 이 미지의 세계를 우리는 각각 암흑물질(Dark Matter)과 암흑에너지(Dark Energy)라 부른다.2. 암흑물질의 존재..

모든 것을 빨아들이는 존재 – 블랙홀의 구조와 물리

빛조차 탈출할 수 없는 영역. 블랙홀은 우주의 끝인가, 시작인가?모든 것을 빨아들이는 존재 – 블랙홀의 구조와 물리목차1. 블랙홀의 개념과 정의2. 사건의 지평선이란 무엇인가3. 특이점 – 물리 법칙의 붕괴4. 호킹 복사와 블랙홀의 증발5. 블랙홀의 철학적 의미와 현대 연구1. 블랙홀의 개념과 정의블랙홀은 중력이 너무 강해 어떤 물질이나 빛도 빠져나올 수 없는 시공간의 영역이다. 일반상대성이론에 따르면, 질량이 특정한 임계치를 초과하면 중력이 자체 중력에 의해 붕괴되며, 결국 무한히 작은 부피에 거의 무한한 밀도가 존재하게 된다. 이 지점이 바로 블랙홀이다. 블랙홀은 별의 붕괴 과정에서 탄생할 수도 있고, 초기 우주의 밀집 구조에서 형성되었을 가능성도 있다. 중심의 중력은 물리학의 기존 법칙이 더 이상 ..

떨어져 있어도 연결된 세계 – 양자 얽힘의 이해

거리와 관계없는 연결성. 양자 얽힘은 현실의 경계를 다시 묻는다.떨어져 있어도 연결된 세계 – 양자 얽힘의 이해목차1. 양자 얽힘이란 무엇인가2. 양자역학의 중첩과 상태 함수3. 아인슈타인의 반론: EPR 역설4. 벨의 부등식과 실험적 검증5. 양자 얽힘의 응용과 미래1. 양자 얽힘이란 무엇인가양자 얽힘(quantum entanglement)은 두 입자가 하나의 양자 상태로 얽히게 되어, 공간적으로 멀리 떨어져 있어도 한 입자의 상태를 측정하면 다른 입자의 상태가 즉시 결정되는 현상이다. 이는 마치 두 입자가 하나의 연결된 시스템처럼 행동하는 것으로, 고전 물리학에서는 상상하기 어려운 개념이다. 얽힘 상태에 있는 두 입자는 독립적인 개체가 아니라, 하나의 ‘전체 상태’로 기술된다. 이 전체 상태는 각 입..

시공간의 파동 – 중력파란 무엇인가

우주는 소리 없이 울린다. 중력파는 시공간의 떨림이다.시공간의 파동 – 중력파란 무엇인가목차1. 중력파의 개념 이해2. 일반상대성이론과 중력의 재해석3. 중력파는 어떻게 만들어지는가4. 인류가 중력파를 처음으로 들은 순간5. 중력파가 여는 새로운 우주의 창1. 중력파의 개념 이해중력파(gravitational wave)는 시공간의 곡률 자체가 파동처럼 퍼져 나가는 현상을 말한다. 이는 빛처럼 진공에서도 전파될 수 있으며, 물체가 중력을 통해 영향을 주고받는 방식을 시간에 따라 변화시키는 결과를 가져온다. 중력파는 일반상대성이론의 수학적 해석에서 자연스럽게 도출되며, 질량을 가진 물체의 가속 운동에 의해 발생한다. 쉽게 말하면, 두 무거운 천체가 서로를 중심으로 회전하거나 충돌할 때, 그 주변 시공간은 진..

엔트로피는 물리학을 넘어선다 – 정보이론과 열역학의 만남

무질서와 정보의 관계는 물리학과 디지털 세상을 이어주는 다리다엔트로피는 물리학을 넘어선다 – 정보이론과 열역학의 만남목차1. 열역학에서의 엔트로피2. 정보이론에서의 엔트로피3. 두 세계의 개념이 연결되다4. 맥스웰의 악마와 정보의 물리학5. 엔트로피 개념의 확장 가능성1. 열역학에서의 엔트로피엔트로피는 열역학 제2법칙에서 등장하는 개념으로, 계의 무질서 정도를 수치화한 물리량이다. 닫힌 계에서는 엔트로피가 항상 증가하거나 일정하게 유지되며, 자연은 더 높은 무질서로 나아가려는 성질을 갖는다. 이는 열이 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 흐르고, 에너지가 사용할 수 없는 형태로 전환되는 이유이기도 하다. 엔트로피는 단순히 열에 대한 개념이 아니라, 계의 가능 상태 수, 즉 미시적 배열의 수를 의미한다. 이로 인..

시간은 언제나 앞으로만 흐르는 걸까? 빛보다 빠르게 간다면 미래로 갈 수 있을까?

시간은 언제나 앞으로만 흐르는 걸까? 빛보다 빠르게 간다면 미래로 갈 수 있을까?속도의 한계, 그리고 상상력 – 광속과 시간여행목차1. 빛의 속도는 왜 특별한가2. 특수상대성이론과 광속의 불변성3. 시간 팽창과 쌍둥이 패러독스4. 미래로의 시간여행은 가능한가5. 광속을 넘어서는 상상 – 벌컨, 웜홀, 타키온1. 빛의 속도는 왜 특별한가빛의 속도는 약 299,792,458 m/s로, 자연계에서 가장 빠른 속도로 알려져 있다. 이 수치는 단순한 속도 단위를 넘어서서, 물리학의 기본 상수 중 하나로 간주된다. 진공에서의 광속은 모든 전자기파의 전파 속도이며, 상대성이론에서는 시간, 공간, 에너지, 질량을 연결하는 핵심 축이 된다. 우리가 알고 있는 모든 인과 관계와 정보 전달은 이 속도를 넘을 수 없다.2. ..

우주는 입자와 힘으로 이루어져 있다. 그리고 그 기본 설계도가 바로 표준모형이다.

우주는 입자와 힘으로 이루어져 있다. 그리고 그 기본 설계도가 바로 표준모형이다.세상을 구성하는 가장 작은 것들 – 표준모형의 기초목차1. 표준모형이란 무엇인가2. 쿼크와 렙톤 – 물질을 이루는 입자들3. 힘을 전달하는 입자들4. 힉스 입자와 질량의 기원5. 표준모형의 한계와 미래1. 표준모형이란 무엇인가표준모형은 현대 입자물리학의 가장 정교한 이론 체계로, 우주를 구성하는 기본 입자들과 그들 사이의 상호작용을 설명하는 이론이다. 20세기 중반부터 점차 정립된 이 모델은 지금까지의 실험 결과와 놀라울 정도로 정확히 부합하며, 양자역학과 특수상대성이론을 모두 포함하는 양자장론의 틀 안에서 구성된다. 이 이론은 모든 물질을 이루는 기본 입자들과 세 가지 힘(전자기력, 약력, 강력)을 수학적으로 통합한다.2...

우주는 수식으로 말하고, 물리학자는 그 언어를 해석한다

우주는 수식으로 말하고, 물리학자는 그 언어를 해석한다수식으로 세계를 말하다 – 물리학의 언어, 수학목차1. 수학은 물리학의 도구인가2. 물리 법칙은 왜 수학적이어야 하는가3. 역사 속 수학과 물리의 협력4. 추상과 현실의 경계를 넘는 수학5. 수식은 물리학자의 시와 같다1. 수학은 물리학의 도구인가물리학은 자연현상을 설명하려는 학문이고, 수학은 논리적 구조를 갖춘 언어다. 이 두 학문은 오래전부터 긴밀한 관계를 맺어 왔다. 물리학자들은 자연을 정량적으로 표현하기 위해 수학을 사용하고, 수학자들은 물리학의 요구에 따라 새로운 개념을 창조해 왔다. 수학은 물리학의 단순한 계산 도구가 아니라, 물리 이론이 구조를 갖추고 예측력을 가지게 만드는 뼈대 역할을 한다.2. 물리 법칙은 왜 수학적이어야 하는가우리가 ..

인류는 망원경으로 우주를 보며, 스스로를 다시 보기 시작했다망원경과 우주의 거리 – 천체물리학의 시작목차1. 망원경의 발명과 우주 관측의 시작2. 천문학에서 물리학으로의 전환3. 별까지의 거리를 재는 법4. 스펙트럼과 별의 비밀5. 천체물리학이라는 새로운 과학1. 망원경의 발명과 우주 관측의 시작1609년, 갈릴레이는 인류 최초로 망원경을 하늘을 향해 들이댔다. 그는 목성의 위성을 발견하고, 금성의 위상이 변한다는 사실을 관측하면서 지동설을 뒷받침하는 직접적인 증거를 제시했다. 그전까지 우주는 인간의 상상 속에만 존재하던 신성한 세계였지만, 망원경은 그것을 관측 가능한 대상, 즉 과학의 영역으로 끌어내렸다. 망원경의 발전은 곧 우주에 대한 물리적 이해로 이어졌다. 더 멀리, 더 선명하게 보게 되면서 우리..