질문
안녕하세요? 초등학생인데요. 과학에 관심이 있어서 질문 몇가지 합니다. 꼭 답해주셔요.
1. 불랙홀이란 무엇이지요?
2. 사람은 어떻게 만들어졌어요?
3. 나비, 거미, 개미는 곤충인가요 익충인가요?
답변이 길면 메일에 보내도 고맙겠습니다.
답변1- 제목
답변: 여러가지 문제
- 분류
천체물리/우주론
- 작성일
2000-10-29 00:00:00
- 작성자
guest
소다밍 질문:
> 안녕하세요? 초등학생인데요. 과학에 관심이 있어서 질문 몇가지 합니다. 꼭 답해주셔요.
> 1. 불랙홀이란 무엇이지요?
> 2. 사람은 어떻게 만들어졌어요?
> 3. 나비, 거미, 개미는 곤충인가요 익충인가요?
> 답변이 길면 메일에 보내도 고맙겠습니다.소다밍 질문:
> 안녕하세요? 초등학생인데요. 과학에 관심이 있어서 질문 몇가지 합니다. 꼭 답해주셔요.
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블랙홀은 별의 붕괴로 인해 태어납니다. 적색거성 즉 초거성에 의해서 생성
됩니다. 먼저 별이 수소를 핵융합 반응을 통해서 헬륨으로 변화 시킵니다. 후에는
내부에 수소가 모두 타서 헬륨으로 변하고 외부에서는 수소가 조금 남아 있게 되죠.
수소가 헬륨으로 변하므로써 헬륨이 더 무거워 내부로 압력이 생기게 됩니다. 외부에서는
수소가 조금 남아 계속해서 핵융합 반응을 보이고요. 내부에선 계속 압력을 받아 충격파가 생겨요. 이로 인해서 외부는 팽창을 하게 됩니다. 이게 외부압과 내부압이죠. 후에는 외부에 팽창이 결국 폭발을 일으켜서 초신성이라는게 생성 되죠. 그러나 아직 내부에 있는 부분이 있기에 그건 계속해서 수축을 하게 되요. 그 수축이 너무 강하면 중성자 스크럼을 이기지 못하고 블랙홀이 되는 것이죠. 여기서 스크럼이라는 단어가 나오는데 이 스크럼이라는 건 단순히 설명하자면 이렇습니다. 상자에 공들이 있습니다. 이 공들이 활발하게 상자안에서 운동을 하고 있다고 해요. 그런데 그 상자는 점점 좁아집니다. 그러면서 공들은 활동공간이 좁아지고 더 빨리 큰 에너지로 운동하게 되지요. 그런데 만약 공간이 계속 좁아 진다면 공들은 도저히 움직일 공간이 없을 정도로 꼭 끼이게 되지요. 그러니까 좁아지는 수축이 공들로 인해 멈추고, 공들은 에너지를 보관하고 있게 되는데 이것을 스크럼이라고 합니다.
전자 스크럼의 경우는 항성이 수축하면서 전자로 인해 수축이 멈추는 겁니다. 이게 바로 백색왜성이며, 중성자별의 경우는 이름 그대로 중성자 스크럼으로 생성되는 겁입니다. 그리고 중성자 스크럼 조차 깨어진다면 그것이 위에서 말한 블랙홀이구요.
블랙홀을 이해하려면 일단 일반 상대성 이론을 알아야 겠죠. 일반상대성 이론에 따르면 중력으로 인해 공간이 휜다는 것이죠. 블랙홀은 누구나 아시겠지만 중력이 너무 큽니다. 때문에 공간이 블랙홀로 인해 무지 휜겠죠. 이 중력은 특이점이라는 것에서 나오게 됩니다. 전에 내부압을 일으키던 존재가 특이점이 된거구요. 특이점에서는 어떤 물리 법칙도 적용되지 않습니다. 또 특이점은 곡률이 무한대입니다. 그리고 이 특이점을 바탕으로 사건의 지평선 즉 사상의 지평선이 있습니다. 님도 당연히 아시겠지만 블랙홀은 빛조차 빠져 나오지 못하는 곳입니다. 이 빛이 빠져나가지 못할 만큼 중력이 강하게 미치는 지점의 경계가 바로 사건의 지평선이죠. 그리고 요즘 스티븐 호킹이 말한 내용중에 그런게 있습니다. 블랙홀은 그다지 검지 않다 라는 내용이요. 이렇게 이야기 하는 이유는 간단하게 설명드리자면 이렇게 되요. 사건의 지평선외에 있는 진공 속에서는 입자와 반입자가 생성되요. (이것이 쌍생성입니다. 보통 완전 진공속에서는 계속해서 쌍생성과 쌍소멸이 일어납니다.)이건 어디까지나 양자역학적인 문제이구요. 이 입자와 반입자는 당연히 블랙홀의 중력으로 인해 특이점을 향해 빨려 들어 가겠죠. 허나 이 입자와 반입자 중 하나가 빨려 들어갈 때 충격파가 발생하므로 다른 한 입자와 반입자는 우주 무한으로 나가게 되요. 저번에 뒷 글에서도 이야기를 했지만... 블랙홀 내부로 빨려 들어온 입자는 당연히 사건의 지평선 내부로 들어오겠죠. 허나 입자는 사건의 지평선 외부로 나가기 위해서 에너지를 소모하게 되요. 결국 그 입자는 에너지를 소모하다 보니 -에너지가 됩니다. (이건 어디까지나 스티븐 호킹이 주장한 이론입니다만은 저는 이 부분 즉 -에너지를 대입한 점에서 반대하고 있죠.) 후에는 이 -에너지를 지닌 입자가 특이점으로 빨려 들어가게 되요. 이 입자는 특수 상대성 이론에 따라 -질량을 지니게 되고 (E=mc^2 여기서 E는 에너지를 뜻하는 것이고 m은 질량을 뜻하며 c는 진공속에서의 빛의 속도를 말합니다. 결국 특수 상대성 이론에서 말하고자 하는건 질량과 에너지가 서로 변환되는 관계를 가진다는 거죠. 이 예로는 핵분열 발전을 통해 잘 아실 수 있으실 거예요.) +질량을 지니고 있는 블랙홀의 질량을 소모시키게 되죠. 그리고 사건의 지평선 내부에서도 진공이 있기 때문에 그 또한 이야기할 필요가 있습니다. 여기서도 진공에서 쌍생성이 일어나는데 앞에서 이야기 한 것과 같이 입자또는 반입자 중 하나가 특이점으로 빨려 들어오고 나머지는 사건의 지평선 외부로 나가게 됩니다. 허나 여기서 모순이 생깁니다. 분명 빛조차 사건의 지평선에 내부로 들어오면 결코 블랙홀 외부로 나가지 못한다고 했는데 제가 이야기한 건 입자또는 반입자가 사건의 지평선내부에서 튕겨 외부로 나간다고 했지 않았습니까? 이건 당연히 광속불변의 법칙을 어긴 큰 실수라고 생각이 되죠. 허나 제가 말한 말은 맞습니다. 베르너 하이젠베르그가 말한 불확정성 원리를 통한 터널효과를 이용하고 또 블랙홀 내에서는 어떤 물리 법칙도 적용이 안된다는 점을 감안한다면 이런 일은 가능하죠.
이것도 자세히 설명드리려면 쫌 시간이 오래 걸리니 이건 내일 글을 올릴께요.
그리고 블랙홀은 분명히 물질을 끌어서 블랙홀 내부로 오게 합니다. 그렇게 되면 열역학적 제 2법칙에서 나오는 엔트로피라는 개념이 당연히 이야기 되야 겠죠. 블랙홀은 물질을 내부로 끌어 당기기 때문에 엔트로피가 증가하게 되고 블랙홀을 제외한 우주무한은 엔트로피가 감소하는 격이죠. 허나 문제는 블랙홀에 엔트로피 증가를 어떻게 측정하느냐 하는 것이죠. 그건 사건의 지평선의 크기가 늘어난다는 것으로 설명이 가능합니다. 또 한가지 문제가 있는데 엔트로피를 가진다면 원래 엔트로피 자체가 열역학 법칙으로부터 나온것이기 때문에 블랙홀이 온도를 가져야 한다는 말인데 이 또한 난점입니다. 온도를 가진다면 그만큼의 복사를 해야하기 때문이죠. 블랙홀은 그런 것은 염두에 두지 않았죠. 결국 스티븐 호킹이 블랙홀에서 입자를 방출한다는 것은 증명해 내고 입자의 방출의 열적 복사와 동일하다는 것으로부터 열역학 2법칙을 지켜냈습니다. 그리고 여기서 입자의 방출이라고 했는데 그게 바로 저 위에서 제가 말한 입자가 우주무한으로 나간다는 그 입자의 방출이죠. 이게 바로 호킹복사라는 거구요.
블랙홀은 질량, 각운동량, 전하의 세가지 물리량밖에는 갖지 않습니다. 그 조합으로 4종류의 블랙홀을 생각할 수 있습니다. 그것이 바로 슈바르츠실트 블랙홀, 노르드슈트롬 블랙홀, 커 블랙홀(회전하는 블랙홀과 동일한 말입니다.), 커 뉴먼 블랙홀입니다.
질량만으로 특징지어진 것이 슈바르츠실트 블랙홀, 질량과 각운동량을 가지는 것이 커 블랙홀, 질량과 전하를 가지는 것이 노르드슈트롬 블랙홀, 질량과 각운동량과 전하를 모두 가지는 것이 커 뉴먼 블랙홀입니다. 질량이 M인 슈바르츠실트 블랙홀에 있어서는 중심으로부터의 거리 rg=2GM/C^2(G는 뉴턴의 중력 상수이고, C는 진공 속에서의 빛의 속도)인 사상의 지평면이 있는데, rg를 슈바르츠실트의 반지름이라고 합니다. (슈바르츠실트의 반지름이란 블랙홀이 되기 위한 그 별에 반지름을 말해요. 다시 말하면 태양같은 경우는 후에 백색왜성이 되지만 그 질량으로 반지름이 3km정도로 수축을 하면 충분히 블랙홀이 될 수 있다는 거죠. 고로 슈바르츠실트의 반지름은 각각의 별마다 틀린 격이죠. 또 찬드라세카르라는 게 있어요. 이건 고정된 개념인데, 블랙홀이 되기 위해서의 최소 질량이죠. 자세한 건 잘 몰라요. 제가 워낙 지식이 없어서.)
커 블랙홀에 있어서는 사상의 지평면 밖에 정상 한계면이라는 면이 있으며, 두 면 사이의 영역을 에르고 영역이라고 합니다. 회전하는 블랙홀의 특이점은 고리 모양이 구요.
너무 힘드네요. 다음에 시간이 있으면 더 이어서 쓸게요. 그럼....
답변2소다밍 질문:
> 안녕하세요? 초등학생인데요. 과학에 관심이 있어서 질문 몇가지 합니다. 꼭 답해주셔요.
> 1. 불랙홀이란 무엇이지요?
> 2. 사람은 어떻게 만들어졌어요?
> 3. 나비, 거미, 개미는 곤충인가요 익충인가요?
> 답변이 길면 메일에 보내도 고맙겠습니다.
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***이 곳은 천문학에대한 질문과 답을 하는 곳이므로 천문학, 즉 별이나 지구, 태양계, 우주'에 대한 질문만을 해야 합니다. 다른 의문점은 '김동빈 선생님의 과학교시 http://211.57.134.129/~moon/ '에 접속하시기 바랍니다.***
1. 블랙홀
블랙홀은 중력이 아주 큰 천체로 가장 빠른 빛조차 탈출 할 수없는 천체를 말합니다. 그래서 블랙홀-검은구멍이라 부르게 된 것입니다.
우주에 있는 모든 물체는 서로 끌어당기는 힘, 즉 만유인력을 갖고 있습니다. 그래서 지구가 태양 주위를 돌 고 있으며, 빠르게 움직이고 있는 지구에 있는 사람들이 우주로 날라가지 않는 것입니다. 이 것은 지구와 사람사이에 작용하는 만유인력 때문인데 이를 다른 말로 중력이라 합니다. 만유인력은 두 물체 질량의 곱에 비례하고 둘 사이의 거리에 반비례합니다.
지구상에 있는 우리는 지구의 중력을 받고있는데 이 중력을 이기과 지구를 탈출하려면 일정속도 이상의 빠르기로 달아나야 합니다. 탈출하기 위한 최저 속도를 탈출속도라 하는데 지구표면에서의 지구 탈출 속도는 초속 11km가됩니다. 즉 초속 11km를 넘어야 지구를 탈출할 수 있게 됩니다.
탈출속도는 천체의 중력에 비례하여, 천체의 질량에 비례하고 반지름의 제곱에 반비례합니다. 즉 질량이 크고 반경이 작으면, 즉 밀도가 커지면 중력이 커지게 되고, 따라서 탈출속도가 크게됩니다.
천체 중에 밀도가 극단적으로 큰 천체는 탈출속도가 빛의 속도인 초속 30만km에 이르는 천체가 있습니다. 즉 빛의 속도보다 커야 천체의 표면에서 탈출할 수 있게 되는 것입니다.
우리가 천체를 본다는 것은 그 천체로부터 빛이 나와 우리에게 도달해야 볼 수 있게 되는데 위와 같은 천체는 빛이 탈출할 수 없으므로 보이지 않게 됩니다. 그래서 이런 천체를 블랙홀이라 합니다.
2. --> 사람이 어떻게 진화했느냐를 질문한 것입니까 ? 아니면 어머니 뱃속에서 어떻게 '발생' 하는냐를 질문한 겁니까 ?
3. 거미를 제외하고 곤충이고 익충이될 수도 있고 해충이 될 수도 있습니다. 거미는 '절지동물'일해서 게나 가재와 같이 분류됩니다.