BBC 다큐멘터리 ATOM. 2부-4탄

ATOM 2부-4탄

2013년 1월 3일 목요일

오후 1:06

   

   

무거운 원자는 태양보다 더 뜨거운 곳에서만 융합이 가능했습니다.

   

   

그곳은 적색거성이라는 별 이었습니다.

   

   

하지만, 이 적색거성조차도 정말 무거운

금, 우라늄 같은 원자를 만들 수 있을 정도로

뜨겁지는 못했습니다.

   

철보다 더 무거운 원자를 만들려면

원자를 더 불안정한 상태로 변화시키는 것 이기 때문에

억지로 억지로 융합하게 만들어야만 합니다.

   

그것은 그냥 아주아주 뜨겁고 높은 압력정도로는 택도 없습니다.

슈퍼초울트라캡숑짱대박쩔게완전 뜨거운 온도와 압력을 필요로 합니다.

음... 더 이상의 수식어가 생각이 안 나는데...

저 표현도 모자르게 느껴집니다.

   

호일은 철보다 무거운 원자를 만들 수 있을 정도로

뜨겁고 압력이 높은 장소가 우주 어딘가에 있을 것이라고 믿었고

그 곳을 찾고 싶었습니다.

   

   

초신성은 말 그대로 엄청난 규모의 폭발이었습니다.

   

그런데 단어만 보면 별이 폭발해서 "죽는"것이 아니라

별이 "탄생"하는 어감인데...

   

왜 그러는 것인지 위키피디아를 긁어 왔습니다.

   

초신성(超新星)은 플라스마로 이루어진 극도로 밝은 여러 종류의 항성 폭발을 의미한다. 폭발 시 엄청난 양의 항성 물질과 폭발파를 주변으로 분출해 초신성 잔해를 형성하며, 폭발 뒤 일정기간 동안 상당히 밝게 빛난다.     초신성은 어마어마한 온도를 생성하며, 적당한 조건하에서 초신성의 최대 시점의 융합반응은 캘리포늄과 같은 가장 무거운 원소마저도 생산할 수 있다.     초신성 폭발은 산소보다 무거운 화학 원소의 주요 공급원이며, 많은 중요한 원소들의 유일한 공급원이다.     예를 들어, 사람의뼈에 있는 모든 칼슘이나, 피 속의 헤모글로빈의 철은 수십억 년 전의 초신성 폭발로부터 만들어진 것이다.     초신성은 이러한 무거운 원소들을 성간매질(星間媒質)에 주입하며, 별형성의 근간이 되는 분자 구름을 농축한다. 이러한 농축 과정이 바로 45억 년 전에 태양계를 형성하고 궁극적으로는 지구의 모든 생명을 가능하게 한 것이다.     신성(新星)을 가리키는 "Nova"는 라틴어로 "새로운"이라는 의미이며, 이는 천구(天球)에 새로이 밝게 빛나는 별이 나타났음을 가리킨다. 접두어인 "초(超)"는 일반적인 신성과 두드러지는 차이가 나며, 즉 더욱 밝아지는 것을 나타낸다. 하지만, 초신성이 새별이라는 것은 잘못된 의미며, 오히려 별의 죽음을 나타낸다고 할 수 있다(적어도 다른 것으로의 변형이다).     원본 위치 <http://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%B4%88%EC%8B%A0%EC%84%B1>

   

초신성은 별이 없던 곳에 별이 생기거나

아니면 희미해서 잘 보이지도 않던 별이 갑자기 밝아지거나

이런 경우를 사람이 관측했을 때 별이 새로 생기는 것으로 여겨서

"신성"이라는 단어를 붙인 것인데

   

별의 입장에서 보면

별이 죽으면서 폭발하기 때문에

폭발로 인한 빛이 너무 밝을 뿐인데...

죽어가는 별을 보고 탄생한다고 좋아하니...

참 모순적인 이름을 갖게 된 것이지요

   

암튼 결론은 호일이 철보다 무거운 원자를 만들 수 있는 조건이 갖춰진 곳을

찾았다고 생각 했고, 그 곳이 바로 초신성 이었다는 것입니다.

   

   

폭발을 하는 것과

떠 뜨거운 온도와 압력을 만족시키는 것이

관련이 있냐고요?

   

있습니다.

   

별이 폭발 할 때는 한 점에서 폭발 하는 것이 아닙니다.

   

   

이렇게 이곳 저곳에서 폭발을 하죠

   

그럼 폭발 지점으로부터 원자들이 퍼져 나가겠죠?

이렇게요

   

   

이렇게 되면 폭발로 인해 원자들이 퍼져나가는 곳도 있겠지만

분명 주변의 폭발로 인해 원자들이 모이는 곳도 생깁니다.

   

   

빨간색으로 표시한 곳 처럼요~~

저런 곳이 엄청난 온도와 압력을 가지게 되므로

철 보다 무거운 원소를 합성 할 수 있는 조건을 만족 하는 것 입니다.

   

   

원자가 별 안에서 어떻게 만들어지는지를 밝혀낸 것은

인류의 위대한 업적 중 하나입니다.

그런데....

또!!!!!!!!

문제가 있었습니다 ㅜ.ㅜ

   

이놈의 문제는 하나 해결하면 또 하나 튀어나오고...

에효...

   

   

수소와 헬륨은 왜 핵융합으로 설명이 되지 않는 것일까요?

그리고 이런 문제점은 어떻게 발견 된 것일까요?

   

   

   

일이 점점 커지고 있습니다.

   

처음부터 다시 생각해보니....

일개 수증기의 운동을 생각 하다가 결국에는

우주의 탄생에 대해 논의하고 있게 된 것입니다.

   

라면 물 끓일 때 나오는 수증기가

우주의 탄생과 이런 관계가 있었습니다.

   

기억 안 나시면 1부 다시 보세요 ㅋㅋㅋㅋ

지금껏 우리가 다룬 모든 문제의 근원은 수증기였습니다.

   

   

어쨌든...

지금 우리가 직면한 엄청난 문제는

   

우주가 탄생 순간이 있는가, 아니면 원래부터 항상 존재했는가

   

이런 우주 탄생에대한... 엄청난 문제를 마주하게 된 것 입니다.

   

   

새로운 등장인물 - 조지 가모프

   

이 사람은 장난을 많이 좋아해서...

이런 말도 있답니다.

"조지 가모프는 틀렸을 때 조차도 흥미롭다."

   

프레드 호일과 조지 가모프

두 사람 모두 이 문제에 명예를 걸었습니다.

   

모든 일은 의도하지 않게 일어났습니다.

조지워싱턴 대학의 교수가 된 지 얼마 되지 않은 가모프는

수소와 헬륨 문제가 연구 할 만한 가치가 있다고 생각했습니다.

   

가모프의 결론은

태양을 구성하고 있는 헬륨의 대부분이

태양이 생기기 이전에 이미 존재했다는 것 이었습니다.

   

가모프의 결론으로 인해

수소와 헬륨이 어디서 만들어지는가?

이 질문은

우주가 창조 된 순간이 있나 없나의

엄청난 문제로 커진 것입니다.

   

어떻게 헬륨의 양이 우주의 탄생순간을 가지고 논쟁하도록 만들었는지...

궁금하시죠?

   

   

   

   

우주가 팽창하고 있다는 관측결과를 통해서

예전에는 우주가 작았을 것이므로

우주가 극소로 작았던 시점이 있었을 것이라고

천문학자들은 예상했고

   

그래서 나온 이론이

우주는 한 점에서 폭발로 인해 생성되었다는

빅뱅이론입니다.

   

빅뱅이론은

모든 물질과 시간, 공간이

생성된 순간이 있다고 주장합니다.

   

그래서 창조의 순간이 있느냐 없느냐가 문제가 된 것입니다.

   

수증기에서 원자

원자에서 철

철에서 별

별에서 헬륨

헬륨에서 우주창조

   

문제가 생기는 패턴이 참 뜬금포죠?

ㅋㅋㅋㅋㅋ

   

그나저나 1945년 대부분의 과학자들은

천문학자들이 주장한 이 빅뱅이론은

좋아하지 않았습니다.

   

빅뱅이 창조론을 증명하는 것 같았기 때문입니다.

   

언제나 그렇듯

창조론은 신을 상상하게 하고

신을 믿지 않는 과학자들은

종교가 과학의 영역을 침범하는 것을 매우 싫어했으니까요

   

   

가모프는 전 우주가 작은 점으로 압축된다면

엄청나게 뜨겁고 높은 압력을 갖는다는 것을 알아냈습니다.

   

그래서 빅뱅으로 인한 우주 탄생 후 몇 분 동안

우주는 지금 별에서 만들어 진다고 생각하기에는

너무 많은 헬륨의 양을

충분히 만들어내고 남을 정도로 고온고압상태였다고 생각했습니다.

   

빅뱅으로 인해 우주는 엄청 빠른 속도로 팽창했을 것이고

팽창을 하면서 우주는 냉각됐습니다.

   

그래서 헬륨을 만들 수 있는 고온고압상태의 우주는 몇 분 정도밖에

유지되지 않았지만, 가모프에겐 그 몇 분이면 충분했습니다.

   

   

가뜩이나 존재 자체가 엄청난 논란거리였던 빅뱅이론.

   

그런데 가모프가 빅뱅 순간에 우주를 이루는

수소와 헬륨 대부분을 만들었다고 주장하기까지 해서

   

창조에 대한 논쟁에 기름을 붇는 결과를 냈습니다.

   

창조론의 절대 반대파였던 프레드호일은

가모프를 비판했습니다.

   

그런데 가모프도 자신을 지지해 주는 사람이 있었으니...

논쟁은 당연히 거세졌겠지요?

   

   

호일측과 가모프측 모두 속으로는 자기쪽 주장이 맞다고 생각했지만

양 측 모두 논란을 잠재울만한 결정적 증거가 없었습니다.

   

한창 논쟁이 고조되었을 때

뉴욕 남부지방에서

예상도 못한 장비가

우주 탄생에 대한 논쟁을 종결시켜버립니다.

   

   

이 녹슨 커다란 기계장치가 우주탄생의 논쟁을 종결시킨 장비입니다.

   

뉴저지에 있는 벨 연구소의 혼 안테나인데

원래 이것은 전파망원경으로, 접시 같은 모양의 안테나가 아니라

뿔과같은 구조를 가지고 회전하면서 우주에서 온 신호를 잡아냅니다.

   

생긴건 이해도 정말 작은 신호라도 정확하게 찾아 낼 수 있습니다.

   

원래 이 장비는 위성 통신 연구를 위해 제작되었으나

위성통신 대신에

1960년대 중반

빅뱅이론의 강력한 증거를 발견하는데 쓰이게 됩니다.

   

   

그들은 은하수 주변의 수소를 연구하는 것을 시작하기 이전에

안테나에 들어오는 모든 잡신호를 제거해야만 했습니다.

   

라디오 채널 맞출 때 들리는 그 치이익~~~거리는 그 신호 말이죠~

그걸 제거해야만 했습니다.

   

두 사람은 일 년 동안 거의 대부분의 시간을

혼 안테나를 점검하는데 소모했습니다.

   

심지어 안테나 안에 기어들어가서

비둘기 똥까지 닦아냈습니다.

   

그런데 별짓을 다 해도 이 잡신호가 사라지질 않는 것 입니다.

   

게다가 이 잡신호는 사방에서 잡히는 것이었습니다

안테나를 어떤 방향으로 돌려도

잡신호가 사라지지 않았습니다.

   

   

빅뱅 후 약 30만년 후에 우주는 팽창, 냉각하여 가벼운 원자들이 형성됐고,

전 우주에 빛이 가득했습니다.

조지 가모프는 이 때 우주에 가득 찼던 빛이

우주 팽창과 함께 퍼지면서

오늘날 약한 마이크로파 복사의 형태로 남아있을 것이라고 예측했었고

혼 안테나가 잡아 낸 잡신호가 바로 이것이었습니다.

   

우주배경복사라고 불리는 이 전자기파는

라디오 채널을 바꿀 때에도,

방송 시간이 끝난 TV화면에서도

느낄 수 있습니다.

   

펜지아스와 윌슨이 찾아 낸 이 우주배경복사로

가모프가 지지한 빅뱅이론이 옳았고

수소와 헬륨의 생성에 대해서도 옳았다는 것이 증명되었습니다.

   

그 결과, 무거운 원소들이 어떻게 별 안에서 만들어지는지

설명한 호일과 파울러의 이론과 함께

우리는 우주 전체를 파악할 수 있게 되었습니다.

   

드디어 우리는 모든 원소의 원자가

우주에서 어떻게 만들어지는지 이해했습니다.

   

   

우리 지구

인간을 포함한 모든 것들이

우주의 용광로에서 만들어졌습니다.

   

사람의 몸은 거의 70%가 물인데

물은 산소와 수소로 이루어집니다.

   

수소는 130억년 전 빅뱅 직후에 만들어졌고

산소는 그 후 태양과 같은 별에서 핵융합을 통해 만들어졌습니다.

   

지구 생명의 기반인 탄소를 비롯한 우리 몸의 다른 중요한 구성물질도

마찬가지로 태양과 같은 별에서 만들어졌습니다.

   

철과 같이 우리 몸에 아주 소량만 존재하고

무거운 원소의 원자들은

수명이 다해가는 거대한 별에서 생성됐습니다.

   

그리고 더더욱 소량만 존재하고

철보다도 더 무거운 원소의 원자들은

거성이 폭발하는 초신성 속에서 생성됐습니다.

   

자연에 존재하는 모든 원소의 원자들은

우주의 도가니 속에서 나온 것입니다.

   

   

   

   

드디어 2부가 끝났습니다.

   

그런데 원래 제 블로그는 수리물리 강좌를 올리던 중이었는데...ㅜ.ㅜ

아톰 포스팅이 너무 빡세서 ㅜ.ㅜ

수리물리에 완전히 손을 놓고 있었네요~

   

빨리 3부 끝내고 수리물리 해야겠습니다.

   

곧 3부로 다시 돌아오겠습니다.

   

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Microsoft OneNote 2010을(를) 사용하여 작성했습니다.
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