과학토리

  ‘기후변화’는 이제 더 이상 막연한 미래의 위험이 아닙니다. 전 세계 곳곳에서 발생하는 폭염, 가뭄, 산불, 홍수 는 기후변화가 실재하고 있으며, 점점 더 일상에 가까워지고 있음을 보여줍니다. 하지만 과연 우리는 얼마나 과학적 근거에 기반해 기후변화를 인식하고 있을까요? 이번 글에서는 기후변화를 둘러싼 과학적 원리와 실제 데이터 , 그리고 우리가 맞이하게 될 지구의 미래 모습 에 대해 심층적으로 살펴보겠습니다. 기후변화와 지구 온난화의 차이 많은 사람들이 헷갈리는 개념 중 하나가 ‘기후변화’와 ‘지구 온난화’의 차이 입니다. 지구 온난화 (Global Warming): 인간 활동에 의해 지구 평균 기온이 상승하는 현상 기후변화 (Climate Change): 온도 상승뿐만 아니라 강수, 바람, 해수면 등 전체적인 기후 패턴의 장기적 변화 즉, 지구 온난화는 기후변화의 한 부분일 뿐이며, 기후변화는 훨씬 더 광범위한 개념 입니다. 지구 평균 기온, 얼마나 상승했나? 실제 데이터로 확인해보자 기상청과 NASA, IPCC 등 다양한 기관에서 발표한 자료에 따르면: 1880년 이후 지구 평균 기온은 약 1.1℃ 상승 했습니다. 특히 2010년 이후의 상승 속도는 이전보다 2배 이상 빠름 을 보이고 있습니다. 북극은 전 세계 평균보다 2~4배 빠른 속도로 온도가 오르고 있습니다. “지구가 1℃ 오르는 것은 우리가 1도 미열이 나는 것보다 훨씬 더 큰 재앙이다.” – 과학자들의 경고 온실가스와 기후변화의 관계 이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄), 아산화질소(N₂O) 기후변화의 가장 큰 원인은 온실가스 배출 입니다. 이들 가스는 지구 대기 중에 머무르며 태양에서 반사된 복사열을 잡아두는 역할을 합니다. 온실가스 원인 기후에 미치는 영향 이산화탄소 (CO₂) 화석연료, 산림 파괴 전체 온실가스 중 약 75% 차지 메탄 (CH₄) 가축 사육, 벼농사 CO₂보다 25배 더 강력한 온실 효과 아산화...

  우주 탐사라고 하면 과거에는 국가의 전유물처럼 여겨졌습니다. 미국 NASA, 러시아 로스코스모스 등이 대표적인 우주기관으로 활약하며 달 탐사, 우주정거장 건설, 화성 탐사 등 다양한 성과를 이뤄냈죠. 하지만 최근 들어 그 흐름이 바뀌고 있습니다. 민간 우주기업 이 우주 산업의 판도를 뒤흔들고 있으며, 그 영향력은 날로 커지고 있습니다. 이번 포스팅에서는 민간 우주 탐사 기업들이 우주 산업에 어떤 혁신을 가져오고 있는지 , 그리고 앞으로 우리가 맞이하게 될 우주의 미래 에 대해 자세히 알아보겠습니다. 과거: 국가 중심의 우주 탐사 시대 20세기 중후반, 우주 탐사는 냉전 경쟁 의 핵심이었습니다. 1957년: 소련의 스푸트니크(Sputnik) 1호 발사 1969년: 미국의 아폴로 11호(Apollo 11)가 인류 최초로 달 착륙 이 시기 우주 탐사는 국가 자존심을 건 정치적 프로젝트 였고, 천문학적인 예산과 위험 부담이 따랐기 때문에 민간이 끼어들 여지가 없었습니다. 전환점: 민간 우주 기업의 등장 2000년대를 기점으로 민간이 우주 산업에 본격적으로 진출하기 시작했습니다. 특히 다음 기업들이 판도를 바꾸었습니다. 1. 스페이스X (SpaceX) – 엘론 머스크의 도전 2002년 창립된 스페이스X 는 현재 민간 우주 기업 중 가장 주목받는 존재입니다. 주요 업적은 다음과 같습니다: 팔콘 9 (Falcon 9): 세계 최초로 재사용 가능한 로켓 시스템을 상용화 크루 드래건 (Crew Dragon): NASA 우주인을 우주정거장으로 실어 나름 스타십 (Starship): 화성 이주를 위한 차세대 초대형 우주선 개발 중 스페이스X는 민간 기업이 국가 우주기관보다 더 높은 효율성과 비용 절감을 실현할 수 있다는 것을 증명했습니다. 2. 블루 오리진 (Blue Origin) – 제프 베이조스의 우주 비전 아마존 창업자 제프 베이조스 가 설립한 블루 오리진은 '지속 가능한 우주 거주'를 목표로 하고...

 양자역학이라고 하면 ‘물리학자들만 아는 어려운 이론’처럼 느껴질 수 있습니다. 하지만 사실 양자역학은 우리가 매일 사용하는 스마트폰, 의료 장비, 통신기술, 에너지 시스템 등 수많은 기술의 기반이 되는 중요한 과학 분야입니다. 이번 글에서는 양자역학의 핵심 개념 과 그것이 우리 일상 속에서 어떻게 쓰이고 있는지 구체적인 예시를 통해 설명해드리겠습니다. 양자역학이란 무엇인가? 양자역학은 아주 작은 입자들의 세계, 즉 원자와 전자, 광자 같은 미시 세계를 다루는 물리학 분야입니다. 이 이론은 고전 물리학으로는 설명할 수 없는 수많은 현상들을 해명하기 위해 20세기 초 등장했습니다. 주요 개념은 다음과 같습니다: 파동-입자 이중성 : 빛과 전자가 동시에 파동이자 입자처럼 행동한다는 개념입니다. 불확정성 원리 : 어떤 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확히 알 수 없다는 원리로, 하이젠베르크가 제시했습니다. 양자 얽힘 : 두 입자가 서로 멀리 떨어져 있어도 상태가 얽혀 있다는 개념입니다. “신은 주사위를 던지지 않는다” – 아인슈타인 그러나 양자역학은 주사위의 세계입니다. 확률이 지배하는 현실이죠. 우리 일상에 적용된 양자역학 기술들 양자역학은 이론에 그치지 않고, 오늘날 우리가 사용하는 수많은 기술에 적용되고 있습니다. 그중에서도 가장 밀접한 분야들을 소개합니다. 1. 스마트폰과 트랜지스터 스마트폰의 핵심 부품인 반도체 칩 은 수십억 개의 트랜지스터로 구성되어 있습니다. 이 트랜지스터는 양자역학의 터널링 효과 와 전자의 에너지 밴드 이론을 기반으로 작동합니다. 양자역학이 없었다면, 반도체 기술도 존재하지 않았고, 지금의 스마트폰, 노트북, 인터넷 역시 존재하지 않았을 것입니다. 2. MRI(자기공명영상) 병원에서 흔히 사용하는 MRI 장비 는 양자역학의 핵심 개념인 스핀(spin)과 양자 전이(quantum transition)를 이용합니다. 인체 내 수소 원자들의 스핀 상태를 자극하고, 이들이 방출하는 신호...

우리는 빛을 매일 보고, 느끼며 살아갑니다. 하지만 “빛이 무엇인가요?”라는 질문에는 쉽게 대답하기 어렵습니다. 수백 년간 과학자들은 빛이 파동인지, 입자인지 를 두고 고민했고, 그 해답은 단순한 실험에서 충격적인 방식으로 드러났습니다. 바로 이중슬릿 실험(Double-slit experiment) 입니다. 이 실험은 고전 물리학의 틀을 깨고 , 우리가 알고 있는 현실의 작동 방식을 근본부터 다시 생각하게 만들었습니다. 1. 빛은 파동일까? – 고전 물리학의 관점 토머스 영의 이중슬릿 실험 (1801년) 영국의 물리학자 토머스 영(Thomas Young) 은 1801년, 빛의 성질을 알아보기 위해 단순하지만 창의적인 실험을 고안했습니다. 그는 얇은 장벽에 두 개의 작은 틈(슬릿)을 만들고, 그 뒤에 빛을 비춘 후 스크린(막)에 나타나는 무늬를 관찰했습니다. 고전적인 기대: 빛이 입자라면 두 개의 슬릿을 통과해 두 개의 밝은 줄 이 생길 것이다. 그러나 실제로는 예상과 달리, 스크린에는 밝고 어두운 줄무늬들이 반복되는 간섭무늬(interference pattern)가 나타났습니다. 이는 물결과 같은 파동이 서로 겹쳐 강해지거나(보강 간섭), 약해지는(상쇄 간섭) 현상입니다. 즉, 빛은 입자가 아니라 파동처럼 행동 한다는 강력한 증거였던 것입니다. 2. 다시 등장한 입자설 – 광전효과와 아인슈타인 아인슈타인의 반전 20세기 초, 알베르트 아인슈타인 은 또 다른 실험적 증거를 들고 나왔습니다. 그는 금속에 특정 주파수 이상의 빛을 비췄을 때, 전자가 튀어나오는 현상(광전효과)을 설명하려 했습니다. 고전 물리학에 따르면, 빛이 파동이라면 밝기를 아무리 높여도 전자가 조금씩 튀어나와야 합니다. 하지만 실험 결과는 달랐습니다. 특정 임계 주파수 이하 의 빛은 아무리 강하게 비춰도 전자가 튀어나오지 않음 임계 주파수 이상 의 빛은 매우 약해도 전자를 방출 아인슈타인은 이를 설명하기 위해, 빛이 에너지를 가진 입자 단위(광자, photon)로 움직이...

 인공지능, 즉 AI라는 단어는 이제 더 이상 낯선 기술 용어가 아닙니다. 우리는 이미 AI가 추천하는 음악을 듣고, AI가 제안하는 경로로 길을 찾으며, 심지어는 AI가 만들어낸 글과 그림을 보고 감탄하는 시대를 살고 있습니다. 하지만 이처럼 빠르게 확장되고 있는 인공지능 기술을 마주할수록 한 가지 질문이 점점 더 또렷하게 다가옵니다. “AI는 인간처럼 생각할 수 있을까?” 단순히 계산 능력이나 정보 처리 속도를 넘어, 인간이 가진 지능과 의식, 감정, 직관과 같은 고차원적인 능력까지 기계가 모방할 수 있을까요? 이번 글에서는 인간의 뇌와 인공지능의 구조와 작동 방식, 그리고 우리가 진정한 지능이라고 부르는 것의 본질이 무엇인지 과학적이고 철학적인 관점에서 탐구해보고자 합니다. 인간의 뇌는 어떻게 '지능'을 만들어내는가? 인간의 뇌는 약 860억 개의 뉴런으로 이루어진 유기적이고 동적인 네트워크입니다. 각 뉴런은 수천 개의 시냅스를 통해 연결되어 있고, 이 수많은 연결 속에서 우리는 감각을 받아들이고 기억을 저장하며, 사고하고 감정을 느끼고, 궁극적으로 ‘나’를 인식하게 됩니다. 뇌는 단순한 정보 처리기가 아닙니다. 뇌는 환경과 상호작용하며 끊임없이 자신을 재조직하고, 새로운 자극에 적응해 나가는 가소성 (neuroplasticity)을 가지고 있습니다. 우리는 실패를 통해 배우고, 예상하지 못한 경험을 통해 창의적인 해결책을 떠올리며, 상황에 따라 판단 기준도 유연하게 바꿉니다. 이러한 유기적이고 복합적인 작용은 순차적 계산 이 아닌 병렬적이고 감정적인 해석 을 통해 이루어지며, 인간만이 할 수 있는 복잡한 사고를 가능하게 합니다. 인공지능의 본질은 무엇인가? 한편 인공지능은 인간의 뇌 구조를 일부 모방한 인공신경망을 기반으로 동작합니다. 딥러닝 기술은 입력된 데이터를 분석하고, 그 안의 패턴을 학습한 후 새로운 데이터에 적용하는 방식으로 진화해왔습니다. AI는 특정 문제 해결에 특화된 알고리즘이며, 그 연산 능...

 우리는 매일 무수한 결정을 하며 살아갑니다. 아침에 어떤 옷을 입을지, 점심에 뭘 먹을지, 어느 길로 갈지, 혹은 더 깊이 있는 선택인 직업, 인간관계, 삶의 방향까지. 그런데 이러한 선택들이 얼마나 '자유의지'에 의해 이루어지는지 에 대해 과학은 점점 더 의문을 제기하고 있습니다. 이번 글에서는 뇌 과학 을 바탕으로 인간의 행동과 선택이 어떻게 만들어지는지, 그리고 그 과정에서 우리가 스스로를 얼마나 통제하고 있는지에 대해 깊이 탐구해보겠습니다. 인간의 뇌는 어떻게 작동하는가? 인간의 뇌는 약 860억 개의 뉴런 과 수백 조 개의 시냅스 로 구성되어 있습니다. 이 거대한 신경망은 전기 신호와 화학 물질을 통해 정보 처리, 감정 조절, 의사결정, 행동 실행을 담당합니다. “인간의 뇌는 우주에서 가장 복잡한 구조다.” – 미치오 카쿠 뇌의 주요 구조와 기능 뇌 영역 기능 전전두엽 (Prefrontal cortex) 계획, 판단, 충동 조절 등 고차원 의사결정 편도체 (Amygdala) 공포, 불안, 감정 반응 처리 해마 (Hippocampus) 기억 형성 및 학습 도파민 회로 (Dopaminergic system) 보상, 중독, 동기 부여와 관련된 작용 도파민과 선택의 상관관계 우리가 어떤 것을 '원한다'고 느낄 때, 뇌에서는 도파민 이 분비됩니다. 이 신경전달물질은 쾌락, 동기, 보상 기대 와 밀접하게 연결되어 있어 행동에 직접적인 영향을 줍니다. 예를 들어: SNS 알림 소리에 반응하는 것도 단 음식을 더 찾게 되는 것도 도전적인 목표에 도전하는 것도 모두 도파민 시스템이 작동하는 결과 입니다. 즉, 우리의 '자유의지'는 생각보다 뇌의 화학 반응에 의존하고 있는 것 이죠. 우리는 생각보다 자동으로 행동한다 신경과학자 벤저민 리벳 (Benjamin Libet)의 실험은 자유의지에 대한 충격적인 결과를 보여줍니다. 그의 연구에 따르면, 우리가 ‘결정을 내렸...

 전기차는 더 이상 ‘미래의 기술’이 아닙니다. 이미 도로 위에서 흔히 볼 수 있는 현실이 되었고, 테슬라를 비롯한 수많은 기업들이 내연기관차를 대체하는 대안 으로 전기차를 내세우고 있습니다. 하지만 이 전기차는 단순히 ‘기름 대신 전기를 쓰는 자동차’일까요? 이번 포스팅에서는 전기차가 어떻게 작동하는지 , 그 핵심 기술인 배터리는 어떤 원리로 작동하는지 , 그리고 이 기술이 정말 지속 가능하고 친환경적인 대안이 될 수 있는지 과학적 관점에서 하나하나 짚어보겠습니다. 전기차의 기본 원리 전기차는 전통적인 내연기관 자동차와 달리 내부에 엔진이 없고, 전기 모터와 배터리로 움직입니다 . 그 구성은 다음과 같습니다: 전기차의 핵심 구성 요소 구성 요소 설명 배터리 팩 (Battery Pack) 에너지를 저장하고 전기 모터에 공급 전기 모터 (Electric Motor) 전기에너지를 회전 에너지로 변환하여 바퀴 구동 인버터 (Inverter) 직류(DC)를 교류(AC)로 변환하여 모터에 전달 BMS (Battery Management System) 배터리 상태 감시, 충전·방전 제어, 과열 방지 등 전기차는 '전기 저장 → 전기 공급 → 운동 에너지 전환'이라는 간단한 원리로 작동하지만, 그 속에는 첨단 과학과 고도화된 제어 기술 이 숨어 있습니다. 전기차 배터리의 과학: 리튬이온 배터리 현재 대부분의 전기차는 리튬이온 배터리 를 사용합니다. 이 배터리는 스마트폰, 노트북에도 사용되지만, 전기차에서는 훨씬 더 큰 스케일과 정교한 제어 가 필요합니다. 리튬이온 배터리의 구조 양극 (Cathode): 리튬 금속 산화물 사용 (예: NMC, LFP 등) 음극 (Anode): 일반적으로 흑연(graphite) 사용 전해질 : 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 이동하도록 함 분리막 : 양극과 음극의 직접 접촉을 막아 단락 방지 배터리가 충전되면 리튬 이온이 양극에서 음극으로 이동 하고, 방전 시에는 반대로 ...

 한때는 공상과학 영화에서나 가능했던 유전자 조작이 이제는 실험실에서 일어나고 있습니다. 그 중심에는 바로 CRISPR-Cas9 기술 이 있습니다. 이 기술은 빠르고 정밀하며, 비용까지 저렴해 기존 유전자 조작 방법을 완전히 대체하고 있습니다. 하지만 기술이 강력해질수록 우리는 그것을 어디까지 사용할 수 있는가 , 그리고 어디서 멈춰야 하는가 를 고민해야 합니다. 이번 글에서는 CRISPR 기술의 작동 원리부터 과학적 응용, 그리고 여전히 논란이 되고 있는 윤리적 문제 까지 함께 살펴보겠습니다. CRISPR란 무엇인가? CRISPR는 "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats"의 약자로, 원래는 박테리아의 면역 시스템에서 발견된 유전 구조입니다. 간단히 설명하면 박테리아는 바이러스에 감염되었을 때, 바이러스의 DNA 조각을 잘라 자신 안에 저장합니다. 이 저장된 조각은 마치 '면역 기억'처럼 작동해 다음에 같은 바이러스가 들어오면 Cas9 효소 가 해당 유전자를 정확히 잘라내 공격을 막습니다. 이 놀라운 메커니즘을 과학자들이 응용한 것이 바로 CRISPR-Cas9 유전자 가위 입니다. CRISPR-Cas9의 작동 원리 CRISPR 시스템은 기본적으로 두 요소로 구성됩니다: 1. 안내 RNA(Guide RNA) 편집하고자 하는 DNA 서열에 정확히 결합하여 Cas9 효소를 정확한 위치로 유도 합니다. 2. Cas9 단백질 DNA를 가위처럼 잘라내는 역할 을 합니다. 해당 부위가 잘리면, 세포는 자연적으로 이를 복구하려 하는데, 이 과정에서 유전자가 제거되거나, 다른 유전자로 교체되는 편집 이 이루어집니다. 기존 유전자 조작 기술에 비해 훨씬 더 정밀하고 효율적이며 비용도 저렴 하다는 점에서 CRISPR는 유전자 편집의 혁명으로 불립니다. CRISPR의 응용 분야 CRISPR는 이미 다양한 분야에서 현실적으로 활용되고 있으며...

 맑아 보이는 하늘 아래에서도 우리는 종종 미세먼지 경보와 함께 하루를 시작합니다. 마스크를 써야 할까? 창문은 닫아야 할까? 산책은 괜찮을까? 이처럼 미세먼지는 이미 우리 삶에 깊이 스며든 문제 이지만, 그 정체와 실제로 우리 몸에 어떤 영향을 미치는지에 대해서는 잘 모르는 경우가 많습니다. 이번 글에서는 미세먼지의 구성과 크기, 건강에 끼치는 과학적 영향, 그리고 개인이 취할 수 있는 예방 조치까지 하나씩 짚어보겠습니다. 미세먼지 (PM)란 무엇인가? 미세먼지는 공기 중에 떠다니는 아주 작은 고체 또는 액체 입자 입니다. 육안으로는 잘 보이지 않지만, 우리 호흡기와 폐, 심지어 혈관까지 도달할 수 있을 만큼 작습니다. 입자의 크기에 따른 분류 PM10 : 지름 10마이크로미터 이하의 입자 PM2.5 : 지름 2.5마이크로미터 이하의 초미세먼지 PM1.0 이하 : 최근 주목받는 초초미세먼지, 체내 깊숙이 침투 가능 참고로 머리카락 굵기는 평균 약 50 70마이크로미터입니다. 즉, PM2.5는 머리카락보다도 20 30배 가늘며, 공기 중에 오래 머물며 폐 깊숙이 흡입될 수 있습니다. 어디서 오는가? 미세먼지의 주요 발생 원인 미세먼지는 자연적으로도 발생하지만, 대부분은 인간 활동에 의해 만들어집니다. 주요 인위적 발생원 자동차 배출가스 : 특히 경유차에서 많은 PM2.5 발생 석탄·화석연료 연소 : 공장, 발전소, 가정 난방 등 건설 현장 및 도로 먼지 : 도심지에 흔한 2차 부유먼지 자연적 원인 황사 : 중국과 몽골에서 발생해 대기 흐름을 타고 이동 산불과 화산재 : 일시적이나 대량의 입자 발생 인체에 미치는 영향 미세먼지는 단순히 불쾌한 수준을 넘어, 직접적인 건강 위협 요인 입니다. 단기 노출 시 눈, 코, 목의 자극 기침, 인후통, 호흡곤란 천식이나 알레르기 증상 악화 장기 노출 시 폐 기능 저하 및 만성 폐질환 위험 증가 ...

 아무리 건강하게 살아도, 누구에게나 찾아오는 공통된 현상이 있습니다. 바로 노화 입니다. 피부가 주름지고, 근육이 약해지며, 기억력도 흐릿해지는 이 현상은 어떻게 시작되는 걸까요? 단순히 시간이 흐른 결과일까요, 아니면 우리 몸속 세포의 변화 때문일까요? 이 글에서는 노화가 발생하는 원인을 과학적으로 살펴보고, 그 과정을 쉽게 이해할 수 있도록 풀어보겠습니다. 노화는 어떻게 시작되는가? 세포 수준에서 일어나는 변화 우리 몸은 약 37조 개의 세포로 이루어져 있으며, 이 세포들은 끊임없이 분열하며 새롭게 태어납니다. 하지만 세포가 분열할 수 있는 횟수에는 제한이 있습니다. 이 한계를 **헤이플릭 한계(Hayflick limit)**라고 부르며, 이 수치를 넘어서면 세포는 더 이상 분열하지 못하고 기능이 저하됩니다. 이것이 노화의 시작점입니다. 세포가 분열할 때마다 **텔로미어(telomere)**라는 염색체의 끝부분이 점점 짧아지게 됩니다. 텔로미어가 충분히 짧아지면, 세포는 분열을 멈추고 노화세포가 되거나 세포사멸을 겪습니다. 이는 피부의 탄력 저하, 면역력 약화 등 노화와 관련된 여러 증상을 유발합니다. 산화 스트레스와 세포 손상 노화를 일으키는 또 다른 중요한 요인은 **산화 스트레스(oxidative stress)**입니다. 우리 몸은 에너지를 만들기 위해 산소를 사용하며, 이 과정에서 **활성산소(ROS)**라는 부산물이 생깁니다. 활성산소는 세포막, 단백질, DNA를 손상시켜 노화를 가속화시킵니다. 특히 활성산소는 세포 내 미토콘드리아의 기능 저하를 유발해 에너지 생성 능력을 떨어뜨리고, 세포의 회복력을 감소 시킵니다. 이는 노화가 단순한 시간의 흐름이 아니라 세포 손상의 축적 이라는 점을 보여줍니다. 노화는 단순한 결과가 아니다 유전자와 환경의 상호작용 노화는 유전적 요인과 환경적 요인의 복합적인 결과입니다. 어떤 사람은 유전적으로 텔로미어가 길고, 산화 스트레스에 강한 체질을 가지고 태어납니다. 반면, 흡연, 음주, ...

 우리는 모두 알고 있습니다. 깨진 유리는 다시 붙지 않고, 흘러간 시간은 되돌릴 수 없으며, 인생은 항상 앞으로만 나아간다는 사실을요. 이처럼 ‘시간은 한 방향으로 흐른다’는 느낌은 인간의 삶 전체에 스며들어 있습니다. 하지만 이 방향성은 우리의 감정이나 경험 때문일까요, 아니면 과학적 원리 때문일까요? 이번 글에서는 시간의 흐름을 지배하는 가장 중요한 물리학적 개념인 엔트로피 (Entropy)와 열역학 제2법칙 , 그리고 이 개념이 왜 우리가 시간의 흐름을 ‘되돌릴 수 없다’고 느끼는지 설명해보겠습니다. 시간의 방향은 어디서 오는가? 물리학에서 사용되는 대부분의 법칙은 시간의 방향에 대해 중립적 입니다. 예를 들어, 뉴턴의 운동 법칙이나 전자기 방정식은 시간 축을 반대로 돌려도 여전히 성립합니다. 즉, 이론적으로는 운동을 거꾸로 돌려도 물리 법칙은 깨지지 않습니다. 그런데도 우리는 현실에서 항상 시간은 과거 → 현재 → 미래 로만 흐른다고 느낍니다. 이 흐름에는 단 하나, 예외 없는 물리 법칙이 개입합니다. 바로 열역학 제2법칙 , 그리고 그 핵심인 엔트로피 입니다. 엔트로피 (Entropy)란 무엇인가? 엔트로피 는 물리학에서 시스템의 ‘무질서’ 정도를 수치화한 개념입니다. 처음 이 용어는 열역학에서 출발했지만, 지금은 우주 전체의 진화와 시간의 방향성 을 설명하는 핵심 도구로 쓰입니다. 쉽게 말하면, 낮은 엔트로피 : 정리된 서랍, 정돈된 방처럼 질서 있는 상태 높은 엔트로피 : 뒤엉킨 전선, 섞여버린 카드 더미처럼 무질서한 상태 그리고 중요한 사실: 엔트로피는 시간이 흐를수록 반드시 증가한다는 법칙이 존재합니다. 이것이 바로 열역학 제2법칙 입니다. 열역학 제2법칙이 말하는 것 열역학 제2법칙은 이렇게 설명할 수 있습니다: “고립된 계에서 엔트로피는 감소하지 않으며, 시간이 흐를수록 증가한다.” 예시로 이해해볼까요? 뜨거운 커피는 시간이 지나면 식습니다. 하지만 식은 커피가 ...

   우리가 사는 이 우주는 언제, 어떻게 시작되었을까요? 모든 별과 은하, 공간과 시간조차도 하나의 점에서 시작되었다는 이론이 있습니다. 그것이 바로 빅뱅이론 입니다. 과학자들이 어떻게 이 놀라운 가설에 도달했는지, 그리고 어떤 증거들로 이 이론이 지지받고 있는지를 알아보면, 우주에 대한 우리의 관점도 완전히 달라질 수 있습니다. 빅뱅이론의 시작: 우주는 어떻게 태어났는가? 정지된 우주에서 팽창하는 우주로 20세기 초까지만 해도 대부분의 과학자들은 우주가 정지된 상태로 영원히 존재 해왔다는 관점을 가지고 있었습니다. 그러나 1920년대에 **에드윈 허블(Edwin Hubble)**이 먼 은하들이 점점 멀어지고 있다 는 사실을 발견하면서 이 생각은 완전히 뒤집혔습니다. 이 관측은 우주가 정적인 것이 아니라, 팽창하고 있다는 사실 을 의미했습니다. 허블의 발견은 알베르트 아인슈타인 의 일반 상대성 이론과도 맞아떨어졌습니다. 아인슈타인은 처음에는 자신이 만든 이론이 팽창 우주를 예측하자 이를 억제하기 위해 '우주 상수'라는 개념을 도입했지만, 허블의 관측 이후 자신의 실수를 인정하고 이론을 수정했습니다. 결국 과학계는 우주가 과거 어느 시점에서 시작되어 지금까지 계속 팽창하고 있다 는 개념을 받아들이게 됩니다. 빅뱅이라는 개념의 등장 이러한 배경 속에서 **조르주 르메트르(Georges Lemaître)**라는 벨기에의 천문학자이자 신부가 우주의 시작이 하나의 초밀도 상태의 점 에서 비롯되었다는 가설을 제시합니다. 그는 이를 "원시 원자(primeval atom)"라고 불렀습니다. 이후 이 개념은 **빅뱅(Big Bang)**이라는 이름으로 널리 알려지게 되었고, 오늘날에는 우주의 기원에 대한 가장 강력한 이론 으로 자리잡게 되었습니다. '빅뱅'이라는 명칭은 사실 처음엔 비판적인 의미에서 사용되었지만, 지금은 오히려 이 이론을 대표하는 용어가 되었습니다. 빅뱅이론은 단지 폭발을 의미하는 것이 아니라, 시간, 공간, 에...

  빛보다 빠른 것은 없다고 합니다. 그런데 그 말을 처음 한 사람, 아인슈타인은 단순한 이론 하나로 시간과 공간에 대한 우리의 개념을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 바로 상대성이론 입니다. 어려워 보이지만, 일상의 예시로 풀어보면 의외로 이해하기 쉽습니다. 이 글에서는 상대성이론이 말하는 시간 지연, 길이 수축, 중력과 시공간의 관계를 알기 쉽게 설명해보겠습니다. 상대성이론의 시작: 특수 상대성이론 아인슈타인의 직관 1905년, 알베르트 아인슈타인 은 세상의 이치를 바꾼 논문을 발표했습니다. 그는 기존 뉴턴 역학이 빛의 속도 와 관련된 현상을 설명하지 못한다는 문제에 주목했습니다. 그리고 누구에게나 동일하게 적용되는 빛의 속도는 일정하다 는 전제에서 출발해 새로운 이론을 제시했습니다. 이것이 바로 특수 상대성이론 입니다. 이 이론은 아주 빠르게 움직이는 물체에서는 우리가 일상에서 경험하는 물리 법칙들이 달라진다는 것을 말합니다. 예를 들어, 빛에 가까운 속도로 움직이는 우주선을 타게 되면 시간이 느리게 흐르고 , 물체의 길이가 줄어드는 현상이 나타납니다. 시간 지연과 쌍둥이 역설 상대성이론에서 가장 유명한 개념 중 하나는 **시간 지연(time dilation)**입니다. 이는 빠르게 움직이는 물체에 있는 사람에게 시간이 천천히 흐르는 현상입니다. 예를 들어, 한 쌍둥이 형제가 있다고 가정해보겠습니다. 한 명은 지구에 남고, 다른 한 명은 빛의 속도에 가깝게 움직이는 우주선을 타고 여행을 떠납니다. 시간이 흐른 뒤 우주선에서 돌아온 형제는 지구에 남은 형제보다 훨씬 적은 나이를 가진 상태 가 됩니다. 이처럼 상대적인 속도에 따라 시간의 흐름이 달라지는 현상이 바로 **쌍둥이 역설(twin paradox)**입니다. 길이 수축: 움직이면 짧아진다? 빠르게 움직이는 물체는 길이가 줄어든다고 하면 믿기 어려울 수 있습니다. 하지만 상대성이론에 따르면, 운동 방향으로 길이가 짧아지는 현상 이 실제로 존재합니다. 이 현상을 **길이 수축(leng...