분야
docx1부 특수상대성이론
처음에 쌍둥이 자매가나온다. 쌍둥이자매중 언니는 우주선에 동생은 지구에서 생활을하고 있다. 하지만 여기서 궁금했던점은 동시대를 살아가고 있지만 두자매의 모습에는 큰 차이가 있었다. 지구에있는 동생은 늙었지만 우주선에 있는 언니는 젊엇을때 모습을 그대로 유지하고있다. 그 이유는 움직이는 물체에서는 시간이 느리게 가기 때문이었다. 위아래로 빛이 1화왕복 하면 1초가가는 광자시계로 측정을 하였는데 정지한 상태에서 7번 왕복하는것은 7초가 가지만 움직이는 상태에서 7초간 가게되면 빛이 지그재그 식으로 움직이기 때문에 똑같은 시간이지만 시계가 움직이는 거리가 더많아지는 것이었다. 아인슈타인이 나온다. 그리고 내가 빛의속도로 빛을 따라가면 어떻게 될까 라는 생각을 하게된다. 그리고는 갈릴레오 갈릴레이의 책이 나온다. 두우주체계에 관한대화 갈릴레오는 이책을 가톨릭의 박해를 피하기위해 대화형식으로 서술하였다. 이책의 앞부분에는 갈릴레오는 지동설을 반대하는 사람들에게 반박을 하는 내용을 쓴다. 밖과는 완전히 차단된 선실이있다. 그선실 안에는 물고기가 있고 와인통에서는 와인방울이 떨어지고 나비가 날아다니고 있다. 그리고 제자리에서 뛰어본다. 당연히 뛰었던 그 자리 그대로 떨어진다. 그러다 배가 갑자기 출발한다. 여기서 배가 같은속도로 움직일때 배 안도 달라질까? 선실안에있는 물건들은 모두 그대로있고 제자리에서 뛰어봐도 그자리에 그대로 떨어진다. 라고 반박하는 내용이다.또 여기서 아인슈타인은 갈릴레오의 상대성원리에서 나와 상대의 속도를 계산할수있다는 것에 주목한다. 움직이는 물체의속도는 절대적인 것이아니라 보는사람에따라 달라지는 상대적인 것이다. 아인슈타인은 여기서 기발한 생각을한다. 빛은 100km로 달리는 차안에서보나 정지한상태에서 보나 여전히 30만키로미터의 속도로 간다는 것이다. 빛의속도는 항상 일정하다. 동시에 일어난다는 말을 의심을한다. 똑같이 떨어지는 번개를보고도 그것은 똑같이 떨어진게 아니라 의심을했다 .아인슈타인은 상대성이론을 쉽게 설명하기위해 기차로 설명을 했다. 기차 중앙에 빛을내는 광원이있고 양옆에는 같은거리에 빛을 반사하는 반사경이 있다. 기차가 정지해 있을때 버튼을 누르면 빛은 같은거리를 가서 동시에 반사된다. 하지만 기차가 달리는 걸 밖에서 봤을때의 경우에는 달라진다. 정지한상태에서는 동시에 갔지만 달리는경우에는 다가오는 뒤쪽이 먼저 빛이 반사되고 그다음 앞쪽의 빛이 반사된다.기차안에서는 동시이지만 밖에서 봤을때는 아닌 것이다
2부 일반 상대성이론 무엇이 우리를 아래로 떨어지게 하는가?라는 단순한 질문으로 영상이 시작된다.에딩턴은 일식을 망원경으로 관찰했다. 그리고 에딩턴은 의문을 갖는다. 빛은 중력에 의해 휘어지는가 일식때는 태양이 달에가려 하늘이 어두워진다. 이때 하늘에 별이 드러난다. 그러나 태양 뒤에 숨은 별은 지구에서 아보여야 되는데 에딩턴은 그 별을 관찰 하게된다.이것으로 한사람의 운명이 달라지게 되었다. 특수상대성이론에 중력을 적용할수없다는 점을 아인슈타인은 고민하고있다. 특수상대성이론은 등속의 세계이고 중력은 가속의 세계이기 때문에 맞지않기때문이다. 그리고는 뉴턴이 나온다. 뉴턴은 땅에있는물건은 아래로 떨어지는데 달은 왜 떨어지지 않는가에 대한 고민을한다.하늘의 달과 땅의 사과가 다르게 운동할 필요가 있을까라는 생각을 하게되고 그답을갈릴레오의 관성의 법칙에서 가져오게된다. 관성의법칙은 움직이려는 물체는 계속움직이려하고 정지한물체는 계속 정지하려고 한다는 것이다. 관성의 법칙을 따른다면 공을던지면 공은 직선으로 계속 하늘을향해 날아 갈것이다. 하지만 현실은 포물선을 그리며 땅으로 떨어진다. 중력때문이다. 하지만 공을 던졌을때 땅을내리게된다면 공은 땅바닥에 닿지 않을것이다. 공은 계쏙 지구를 돌게 될것이다. 뉴턴은 이렇게 생각을 했다. 그리고 현재에 뉴턴의 이생각을 이용해서 만든것이 인공위성이다. 두물체의 사이에는 끌어당기는 힘이있다.이힘은 물체의질량이 클수록 점점 강해진다. 이 이론을 가지고 뉴턴은 프린키피아라는 책을 쓰게된다. 그리고 다시 아인슈타인의 얘기이다. 여느때와 똑같이 중력과 상대성이론에 대해 고민을 하고있었다. 무중력공간에서 우주선이 가속을 하면 무중력의 상태는 변하게된다. 원운동을 예로든다. 원의 선분 하나하나를 열차라고 생각해보자 열차가 계속 가속을하게되면 열차는 상대성이론에의해 길이가 짧이진다. 속도가 빠르면 더욱 짧아진다. 여기에 아인슈타인은 리만의 이론을적용 시킨다. 이유는 공간이 휘기 때문이었다.그리고 아인슈타인은 논문을쓴다. 질량이있는곳에서는 공간이 휘어진다. 태양도 마찬가지다 태양 뒤에있는 별빛은 직진을하다가 휘어진 공간을 따라 온다. 에딩턴이 지구에서 볼수없던 사진을 찍을수있었던것도 별빛이 휘어졌기 때문이었다. 중력은 잡아당기는 힘이 아니라 공간이 휘어지기 때문에 생긴다가 아인슈타인의 답이었다.
3부
그 이전부터 빛을 관찰했던 사람에 대한 얘기를 한다.파도바 대학의 갈릴레오 갈릴레이에 대한 이야기이다. 갈릴레오 는 이미 네덜란드에 망원경이 있었지만 더좋은 망원경을 만들려고한 갈릴레오는 볼록렌즈와 오목렌즈를 접합 시켜 9배 확대되는 망원경을 만들었다.그리고 그망원경으로 처음으로 달을 관찰하고 달이 평면이아니라 울퉁불퉁하게 돼있는걸 알게된다. 그리고 매일매일 목성을 관찰 한다. 근데 매일 관찰할때마다 별이 다르게 관찰되자 이게 목성을 돌고있는 4개의 달이라는 것을 알게된다. 그리고 갈릴레오는 주소와 함께 각각 다른 산으로 올라가 서로 빛을 비추면서 빛의 속도를 구하려고 했다. 하지만 실패를 했다. 하지만 빛은 일정한 속도로 움직인다는것을 알게되었다. 뉴턴은 빛을 연구하다가 40배확대가능한 망원경을 만들게되었고 왕립학회 회원이 된다. 뉴턴은 빛에 마음을 뺏겼다 색을 연구하는데 자신의 몸을 아끼지않앗다 뜨개바늘을 눈과 뼈사이로 집어넣어 최대한 눈뒤로 집어넣는 짓까지하였다. 이유는 색을 구별하는것이 압력때문이라고 생각 하였기 때문이다. 아리스토텔레스는 사과안에 붉은색이있다고생각함 데카르트는 흰색빛이 사과에 닿으면서 변화가 생겼다고 생각하였다.. 엠페도클레스는 눈에서 빛이나오기때문에 사물을 볼수있다고 하였다. 유클리드는 빛이 직선으로 진행한다는 것을 알아 내었다. 알하젠은 물체가 빛을 반사한다는 사실을 밝혀내었다. 여기서보면 시대에따라 색에대한 생각이 다달랐다는 것을 알수있었다. 그리고 뉴턴의 얘기로 넘어간다. 뉴턴은 빛이 하나였다가 여러개로 퍼진다는 생각을 했다.그리고 뉴터은 결정적 실험이라고하는 실험을한다. 검은 틈으로들어온 흰색빛을 프리즘읉통해 뒤쪽 벽에쏜다 그중 빛한줄기를 잡아서 프리즘을통과시켜 다른벽에쏜다. 이실험을 통해 빛의 굴절율은 같다는걸 알게되었다.동그란 흰색 빛을 분해하면 여러가지 색이 나오는데 그것이 긴 스펙트럼을 만드는 것이라고 생각 하였다. 그리고 모든물체의 색은 물체속에 있는것이 아니라 빛속에 있다는것을 알게된다.그리고 뉴턴은 망원경을 만들게되고 광학을 발표하게된다. 제임스클럭 멕스웰 두개의 핀과 끈을 이용해 타원을 그리는 작도법을 발견하였다. 이 타원체는 왕립학회 학술지에 실린다 이때 맥스웰의나이는 14세였다. 마이클 페러데이 전자기 유도실험 도선에 전류를 연결하면 자기장이 생긴다. 마이클 페러데이 전자기 유도실험에서 도선에 전기를 연결하면 전류가 흐른다 이때 자기장이 생긴다. 반대로 코일에 자석을 주입 시키면 전원도 꽂지않았는데 전원이 흐른다. 전기는 자기로변한다는사실을 경건히 받아들였다. 이전까지 전기와자기는 분리된 것이었다. 맥스웰은 물체와물체사이의 빈공간을 주시한다 그리고 그 사이에 셀이 가득차있다고 상상한다.빈공간에 힘이잇으려면 셀이 움직여야한다. 그래서 전하라는 유동바퀴를 셀사이에 넣는다. 전류가 셀을 회전시킨다. 그러면 한쪽에서 교란이일어난다.아무것도 없는공간에 힘의물결이 생긴다. 이것이 전자기파이다. 하지만 이건 그시대에는 존재하지않고 맥스웰의 머릿속에만 있었던 것이었다. 하지만 맥스웰이 발견한 더중요한사실을 발견한다. 맥스웰은 전자기파의 속도를 계산하는데 초속 31만 킬로가나왔다.빛과 전자기파는 같은것이었다.붉은색은 파장이 가장 긴 빛이다. 노랑 파랑 보라색으로 갈수록 짧은 파장이다. 즉 눈에 보이지 않는 빛도 존재 한다는 것을 알게 되었다. 가시광선보다 파장이 긴 빛과 짧은 빛 보라색 밖에서 나오는 빛은 우리의 살을 태우는 빛 자외선이다. 파장이 더 짧은 x선은 인체의 근육 조직을 그냥 통과 한다. 붉은 색보다 더 파장이 긴 적외선은 물건을 데우는데 쓰인다. 전파는 더 긴 파장이다. 라디오 텔레비전도 이전파를 이용한다. 하늘에서 빛을쫓다 땅에서 빛을 발견하게 된 것이다. 이번 화를 통해서 우리가보는 빛이 다양하게 존재하고 있다는 것을 알게 되었다.
4부
돌턴은 원자설을 편다 모든물질은 더이상 쪼개질수없는 작은물자 원자로 되있다. 하지만 그걸로 끝이 아니었다. 뢴트겐은 금속이 원자에 부딪힐때 나오는 짧은파장이 손을투시할수있다는것을 발견하였다.퀴리부인은 원자안에서 엄청난 에너지가 나오는것을 발견했다. 이 두명은 x-선과 라듐을 발견해 노벨상을 수상하였다. 물리학자들이 원자에 대해서 관심을 가지기 시작한다. 1897년 톰스는 음극선 실험중 어떤 입자를 발견한다. 이입자 광선을 맞은 바람개비가 돌아가는것을 보고 질량이 있는 입자 라고 생각을했다. 이것은 전자이다. 톰슨은 전자를 발견하고 전자는 빵안에 건포도 같이 돼있을거라고 생각함 원자 세계에 불을 밝힌건 톰슨을 찾아온 뉴질랜드 청년이다. 어니스트 러더퍼드 에너지의 흐름은 불연속적이다 러더퍼드는 금박지 실험을 하는 도중 금박지를 맞고 튕겨져 나오는 알파입자를 발견한다. 또 러더퍼드는 원자안에 있는 것이 뭘까 라는 생각을 1년을 넘게 하다 결국 원자핵이라는 생각을 한다. 그리고 전자는 원자핵 주변을 돌고있다고 생각한다. 하지만 이생각에는 큰 문제점이있다. 양극인 원자핵과 음극인 전자 있으면 서로 끌리게 될건데 그렇게되면 전자와 원자핵 사이의 진공이 사라질것이다. 이 이론은 러더퍼드 세대에서는 이유를발견하지못했다. 날스보어는 원자에대한 연구를하다 우연히 선스펙트럼에 관한공식이 나와있는 책을 보고 원자구조에 대한 힌트를 얻는다. 방법은 플랑크 상수를 이용하는 것이었다. 전자가 불연속적으로 움직인다고 생각한다. 아래에서
