2026-05-27
박춘기
과학을 보다 3 - 지식과 흥미를 한 번에 채우는 기발하고 수상한 과학책
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ㅇ 암세포 : 정상 세포가 돌연변이를 일으켜 생존력과 번식력이 강한 세포가 정상 기능을 상실하고 빠른 증식만 추구하는 암세포로 진화
ㅇ 생물의 종 : 생식 능력을 보유하고 안정적으로 번식 가능
- "종"이 다름에도 번식 가능 사례 : 1) 북극곰과 회색곰 : 그롤라베어(카푸치노베어) 2) 늑대와 코요테 : 코이울프
3) 호모사피엔스와 네안네르탈인 : 현생 인류(네안네르탈인 유전자 1~3%)
ㅇ 판다 : "대나무를 먹는다"라는 네델란드어 "폰야"에서 유래(대왕판다는 곰과, 레서(더 작은이라는 뜻)판다는 너구리과)
ㅇ 개의 가축화 : 회색늑대에서 2~4만년전 분화, 2.5만년전경 빙하기시절 호모사피엔스와 공생(사냥)
- 여우 길들이기(소련 벨라예프 실험) : 1년에 1세대씩 번식, 순한기질끼리만 교배 >> 11세대 경과 후 개의 행동(모습도 귀엽게 변화)
ㅇ DNA만으로는 생물 복원 불가 : 유전자 정보를 읽어내는 단백질과 RNA가 함께 필요
ㅇ 캄브리아기 대폭발 : 고생대 캄브리아기가 시작하는 5억4천만년전 2천만년 동안 새로운 동물(현생 동물문중 대부분) 무수히 발생
- 주요 원인 가설 : 산소 농도 증가, 화산 폭발로 무기질이 바다로 유입, 운석 충돌설, 초대륙 지각판 변동성 등
. 빛 스위치 가설 : 빛을 자각하는 눈이 발달 >> 포식자와 피식자간 경쟁 심화 >> 동물 다양성 증가
ㅇ 대 산소화 현상 : 25억년전 산소의 급격한 증가 현상 >> 당시 대기 (CO2, N2, 메테인 등)에 적응하여 살아가던 생물(혐기성 박테리아,
아르케이아) 대멸종 >> 산소를 연소해 에너지를 얻는 진핵생물 번성
ㅇ 공룡 : 2억3천만년전 중생대 트라이아스기 후반에 출현하여 쥐라기, 백악기 중 1억6천만년 동안 번성
- 새는 깃털을 가진 수각류 공룡으로 6,600만년전 멸종한 공룡의 한갈래가 조류이며, 시조새는 조류와 별개의 계통
ㅇ 암흑산소 : 바닷속 다금속 단괴들이 금속간 전위차로 전압이 생겨 바닷물을 전기분해하여 산소 발생(보통 산소는 광합성으로 발생)
ㅇ 25억년전 산소 증가 : 남세균 일부 광합성 방법 변경 >> 바닷물 산소 증가 >> 생물 대부분 멸종 >> 진핵세포(산소호흡가능) 발생
ㅇ 좌우대칭 동물 모두가 뇌가 있지는 않지만, 뇌가 있는 동물은 모두 좌우대칭, 방사대칭 동물은 뇌가 없음(대신 촉수에 신경세포)
- 좌우대칭이 되면서 이동성이 편향되고 정보의 편향으로 이어져 감각기관과 신경계가 한 곳에 집중되어 뇌가 발생
ㅇ 오리너구리 : 주둥이는 오리, 꼬리는 비버, 발은 수달을 닮은 모양으로 포유류인데 알을 나으며 젖은 복부에서 스며나옴
- 단공류 : 배설과 알을 한구멍에서 기능
ㅇ 진화 : 환경에 적응하는 방향으로만 변화하지 않음
ㅇ 수소 : 최초의 원자(양성자 1, 전자 1)이며 원자번호 1번(원자번호는 원자속의 양성자 수), 우주 질량의 3/4, 만물의 근원, 태양의 원료
- 태양 : 수소 원자핵이 고온고압으로 핵융합 >> 헬륨 생성 >> 핵융합전 수소의 질량이 융합후 헬륨의 질량보다 큼 >> 질량차이
만큼 에너지 발생 (아인슈타인의 E = mc²)
- 138억년 빅뱅시 가장 작은 물질 단위인 쿼크와 전자같은 렙톤들이 탄생 >> 쿼크들이 결합하여 양성자와 중성자 생성 >> 우주가
식어가면서 양성자와 중성자가 결합하여 중수소 및 헬륨의 원자핵 생성 >> 우주 온도가 3,000℃까지 낮아지면서 전자운동이 둔화
전자가 원자핵에 붙잡혀 수소원자 탄생
- 이후 가벼운 원자들(리튬, 베릴륨, 보론 등)이 조금씩 발생 >> 개별 원자들이 결합하여 분자가 생성 >> 분자들이 모여 우주먼지,
가스 들이 발생 >> 우주먼지와 가스 들이 뭉쳐 별들이 생성
- 항성들의 핵융합으로 새로운 원소 발생(작은항성 : 원자번호가 낮은 탄소, 질소, 산소 등, 큰 항성이라도 철까지만),
우라늄 같은 큰 원소 들은 초신성 폭발로 발생
ㅇ 인간의 몸은 60여종의 원소로 구성, 이중 필수원소는 20여종, 그 중 6종이 전체의 95% 차지(그 중 산소가 60% 이상)
- 6종 : 물 70%, 탄소 20%, 수소 10%, 질소(단백질) 3%, 칼슘(뼈) 1.5% 정도
ㅇ 우주 팽창속도가 증가한다는 근거
- 동일한 힘이 더 큰 공간에 작용하면 단위 부피당 강도는 감소하고 우주에는 모든 물질이 중력 작용을 하므로 팽창속도는 줄어야 함
- 확인된 근거는 없으나 암흑에너지 때문으로 추정(암흑에너지는 부피가 커져도 밀도는 유지된다고 보고 있음)
- 암흑에너지 개념이 없으면 우주팽창 가속을 설명할 수 없음
- 우주의 구성 : 암흑에너지 68.3%, 암흑물질 26.8%, 일반물질 4.9%
- 암흑에너지 존재 근거 : 우주배경복사(현재 우주온도는 2.7켈빈 수준이나 미세하게 불균일함, 불균일이 암흑에너지 존재 이유)
ㅇ 암흑물질 존재 근거
- 중심에서 멀리 떨어진 외곽은하 또는 은하 외곽의 천체들에 보이지 않는 중력이 작용하고 있다는 관측 결과
- 보이지 않는 물질의 질량으로 발생하는 중력렌즈 효과 관측
ㅇ 블랙홀과 중성자별 탄생 과정(큰 항성은 초신성 폭발 후 중성자별이 되거나, 너무 무거워 폭발도 못하고 블랙홀이 됨(1초 상관))
- 무거운 별의 에너지 생성과정이 끝나면 무거운 중력으로 별이 순식간에 붕괴 >> 중심부 원자의 양성자와 전자가 하나로 결합 >>
중성자별 발생 >> 일부 발생된 중성미자 대부분은 우주로 날라가나 극미량(1% 정도)는 떨어지는 물질과 강력하게 충돌 >>
초신성 대폭발 >> 중성자별만 남음
- 다만, 중력이 너무 강한 경우 중성미자도 탈출 못함 >> 폭발도 못하고 중심으로 찌그러들어 무한대의 질량을 가진 블랙홀 탄생
* 중성미자 : 매우 작고 가벼워 일반물질과는 상호작용하지 않음, 광속으로 이동하며 인간의 몸도 투과
ㅇ 블랙홀의 모양 : 하나의 점이며, 수학적 크기는 0임
- 모든 물질이 형태를 갖추려면 중력에 끌어 당겨지지 않도록 내부에서 외부로 버티는 힘이 있어야 하나, 블랙홀은 이런 힘이 작용할
수 없을 정도로 중력이 큼
- 깔때기 모양의 블랙홀은 블랙홀을 2차원 모양으로 설명한 단순 모형, 실제로는 정글짐이 가운데로 모이는 모양
- 블랙홀이 도넛모양으로 보이는 이유 : 뒤로 날아가야 하는 빛이 강한 중력으로 왜곡되어 블랙홀 주변에서 U턴하여 날아와 보임
ㅇ 블랙홀의 소멸 : 블랙홀도 결국 열에너지를 조금씩 방출(호킹복사 : 블랙홀이 무거울수록 효과 감소)
- 양자역학에서는 입자와 반입자가 쌍으로 나타났다가 함께 사라지는 양자 요동현상이 무수히 되풀이 됨(사건의 지평선에서도 발생)
ㅇ 별질량 블랙홀 : 태양의 수십배, 초거대 질량 블랙홀(은하중심) : 태양의 수백만배 ~ 수십억배
ㅇ 블랙홀의 충돌
- 별질량 블랙홀 : 충돌시 발생하는 중력파 관측, - 초거대 질량 블랙홀 : 충돌이 관측된 바 없음
- 은하끼리 충돌해도 중심 블랙홀은 적당한 거리를 두고 안정적인 궤도 유지
(최후의 파섹문제 : 블랙홀들이 1~2파섹 거리 접근시 더 이상 접근하지 않음. 1파섹 = 3.26광년)
ㅇ 우리 은하 (이름 : 우리 은하(OUR GALAXY), 밀키웨이) : 중심부 별이 많아 관측 어려움 >> 추정한 모습
- 반지름 5만 광년, 두께 1,000광년, 태양계는 은하 중심에서 3만 광년
ㅇ 행성의 운동의 법칙 : 타원궤도(역학적 평형상태, 원 궤도 : 확률적으로 매우 낮음), 면적.속도 일정, 조화의 법칙
- 태양계 행성은 같은 평면에서 공전 : 태양의 회전으로 가스구름도 회전 >> 중심부는 수축하고 외곽은 원심력으로 확장 >>
원반위에서 가스구름이 뭉쳐 행성 생성
ㅇ 골디락스 존 : 영국 전래동화에서 유래(주인공 소녀의 이름이 골디락스 - 곰 세마리의 수프 : 뜨거운, 차가운, 적당한)
-우리 은하중 수천광년 이내에서 발견한 행성 5,000개 중 골디락스존에 위치한 행성은 100개 정도
ㅇ 우주문명 발달 척도 : 카르다쇼프 척도(1964년, 소련)
- 1단계 : 자기 행성에 도달하는 에너지를 다 쓸 수 있는 문명, 2단계 : 항성의 에너지를 모두 쓸 수 있는 문명
3단계 : 은하계의 모든 에너지를 쓸 수 있는 문명 >> 현재 지구는 0.75단계
ㅇ 오무아무아 (하와이어로 "먼 곳에서 찾아온 메신저")
- 태양계 외부에서 온 성간천체로 태양계를 벗어나는 시점에 발견, 매우 길쭉(200m 정도), 표면의 알베도(빛 반사 정도) 높음
- 태양중력을 감안한 예상속도 보다 빠름
ㅇ 와우 시그널 : 1977년 오하이오 빅이어텔레스코프에 72초 동안 매우 강한 노이즈 수신(평소 1~2 수준, 관측 당시 9 이상)
- 관측자가 관측지에 빨간색으로 WOW라고 적어 와우 시그널로 불림
- 노이즈의 방향은 궁수자리 부근으로 당시 해당 방향에 강한 전파원(인공위성, 초신성, 블랙홀) 없음.
- 72초는 해당 고정형 안테나의 시야각으로 볼 수 있는 최대 시간이나, 왼쪽에서만 잡힘 >> 망원경 오류로 의심
- 향후 해당 위치에 혜성이 지나고 있던 것이 밝혀짐
ㅇ 우주사진 : 가시광선은 보이는 데로, 적외선 사진(제임스 웹)은 파장이 긴 것은 빨강색으로 짧은 것은 파랑색으로 보정
ㅇ 힐스피어 : 중심 천체가 자신의 중력으로 위성을 지배할 수 있는 영역(목성, 토성은 크고, 수성은 작음)
- 로슈한계 : 위성이 중심 행성 중력의 영향으로 부서지지 않고 버틸수 있는 가장 가까운 거리 (더 가까우면 앞면과 뒷면에 작용하는
중력의 차이로 부서짐)
ㅇ 명왕성이 행성의 지위를 잃은 이유
- 2000년대 들어 명왕성 외곽에서 명성성과 비슷하거나 큰 소천체들 (에리스, 마케마케 등) 발견
- 2006년 국제천문연맹이 행성의 기준 정의 : 1) 태양중심으로 궤도운동 2) 충분히 중력이 강해 둥근 모양 유지 3) 주변궤도에서
압도적인 지배력 유지
>> 명왕성은 주변지역에서 압도적이지 못하고 상호 영향을 받음 >> 행성에서 퇴출 >> 왜행성으로 분류
ㅇ 뉴턴의 제1법칙 : 관성의 법칙 = 힘이 없다면 모든 물체는 직선을 따라 등속으로 움직임
- 뉴턴의 제2법칙 : 가속도의 법칙 = F(힘) = ma(질량*가속도)
ㅇ 빛과 빛은 일상생활에서 서로 충돌하지 않고 통과하나 (거대 입자가속기 이용) 극한의 에너지를 가진 두 광자가 충돌하면
- 광자의 에너지가 물질과 반물질 입자로 변환 양전자와 전자가 생성, 반대로 입자와 반입자가 만나면 물질은 소멸 광자로 바뀜
- 이때 발생하는 광자는 운동량 보존의 법칙에 따라 두개가 발생
ㅇ 고체 : 구성하는 분자들 사이에 상대적 위치가 변하지 않음
- 유리는 액체에 가까운 비결정질 고체, 타르는 액체(1927년 부터 호주에서 실험, 87년 동안 9방울 떨어짐)
ㅇ 물질이 에너지로 변하는 사례는 매우 많음(석유,석탄,나무 >> 불),
- 에너지가 물질로 변하는 사례도 있음 : 입자가속기를 이용 질량이 작은 두입자를 가속하여 충돌시키면 질량이 큰 입자 발생
- 초기 우주는 고도로 압축된 순수 에너지 상태 >> 빅뱅 후 많은 물질 발생
ㅇ 원자의 모형
- 보어 모형 : 핵 주위에 전자가 공전, - 양자역학의 전자구름 모형 : 핵 주위에 전자가 확률적으로 분포
ㅇ 정지궤도 : 자전속도와 일치하는 적도 상공 36,000km(정지위성 위치)
- 정지궤도 보다 낮으면 추락(속도가 빠르면 회전), 더 높으면 궤도에서 이탈
ㅇ 얼룩말 무늬 : 검은 피부에 흰털로 무늬는 개체 마다 다름