도리얌 님의 블로그

천문학

시공간의 가장 작은 구조는 무엇인가?고전 물리학은 뉴턴으로부터 시작해 아인슈타인에 이르며우주의 ‘크고 무거운 것들’을 설명해왔다.반면, 양자역학은 원자, 전자, 광자처럼‘작고 가벼운 세계’를 지배해왔다.하지만 우주의 시작점인 빅뱅이나블랙홀 중심에서는이 두 이론이 동시에 작동해야 한다.문제는, 이 둘이 같이 쓸 수 없다는 것이다.이 충돌을 극복하고,중력을 양자역학적으로 설명하려는 시도,그것이 바로 **양자 중력 이론(Quantum Gravity)**이다. 1. 왜 양자 중력이 필요한가?1.1 일반 상대성과 양자역학의 충돌일반 상대성이론: 중력을 시공간의 곡률로 설명 (연속적 공간)양자역학: 불연속적인 입자와 확률로 설명 (이산적 에너지)이 두 이론은서로 다른 수학 구조를 가지며블랙홀, 특이점 등 극단적인 ..

천문학

시간이 느려지고, 공간이 줄어들며, 질량이 에너지로 변한다?1905년, 한 무명의 특허청 직원이과학사를 뒤흔드는 논문을 발표한다.그는 빛의 속도와 물체의 운동을 근본적으로 다시 해석했고,그 결과 우리는 시간과 공간이 절대적인 것이 아니라 상대적임을 알게 되었다.그 사람이 바로 알베르트 아인슈타인,그 이론이 바로 **특수 상대성이론(Special Relativity)**이다.1. 특수 상대성이론의 배경1.1 뉴턴 역학의 한계19세기까지 과학은 뉴턴의 고전역학에 의해 설명되었다.모든 물체의 운동은 절대적인 시간과 공간 위에서 예측 가능했고,빛 역시 **이더(ether)**라는 매질을 통해 퍼진다고 여겨졌다.하지만 1887년, 마이컬슨-몰리 실험은이더가 존재하지 않음을 보여주며빛은 어떠한 매질 없이도 항상 일..

천문학

우주를 이해하는 핵심 이론들: 일반 상대성이론 (1915년)중력은 힘이 아니라, 시공간의 굽음이다뉴턴은 말했다. “모든 물체는 서로를 끌어당긴다.”그러나 200년 뒤, 알베르트 아인슈타인은그 단순한 중력 개념을 완전히 다른 관점에서 다시 썼다.중력은 보이지 않는 끌어당김이 아니라, 시공간의 구조 변화라는 것이다.1915년 발표된 **일반 상대성이론(General Theory of Relativity)**은우주에서의 중력, 시간, 공간, 에너지의 관계를 새롭게 규정한 이론이며,현대 우주론, 블랙홀, GPS 기술에 이르기까지모든 정밀 중력 연구의 토대가 되었다.1. 특수 상대성이론에서 출발한 발상1.1 특수 상대성이론의 한계아인슈타인은 1905년,빛의 속도가 관측자에 관계없이 일정하다는 사실을 기반으로**특..

천문학

차가운 빛이 우주를 가득 채우고 있다?지금 이 순간에도, 우리 주변을보이지 않는 빛이 가득 채우고 있다.그 빛은 눈에 보이지도, 피부에 느껴지지도 않지만,온 우주에 균일하게 분포되어 있으며,그 기원은 바로 우주의 탄생 순간,즉 **빅뱅(Big Bang)**에 있다.이 신비로운 전자기파가 바로**우주배경복사(Cosmic Microwave Background, CMB)**다.1. 우주배경복사란 무엇인가?1.1 정의 – 우주의 ‘잔광’우주배경복사는우주가 매우 뜨겁고 밀도 높았던 초기 시절에 발생한 빛이수십억 년에 걸쳐 식고 늘어나현재는 마이크로파 영역에 이른 전자기파다.그 정체는 빅뱅 이후 약 38만 년이 지난 시점,우주가 충분히 식어 전자와 양성자가 결합해 중성 원자를 형성하면서빛이 자유롭게 퍼져나가기 시작..

천문학

우주의 시작은 폭발이었다?하늘을 올려다보면 별들이 영원히 존재하는 듯 보인다.하지만 과학은 그렇게 말하지 않는다.지금 우리가 바라보는 이 거대한 우주는약 138억 년 전, 고온 고밀도의 ‘한 점’에서 시작되었다고 말한다.이 놀라운 주장을 담고 있는 이론이 바로**빅뱅 이론(Big Bang Theory)**이다.1. 빅뱅 이론의 기원과 배경1.1 팽창 우주에서 출발한 이론1929년 에드윈 허블의 관측을 통해우주가 정적인 상태가 아니라 팽창하고 있음이 드러났다.이 사실은 단순히 은하가 멀어지는 것 이상의 의미를 가졌다.“멀어지고 있다면, 그 이전에는 더 가까웠을 것이다.”“모든 것이 한 점에서 시작되었을지도 모른다.”이 직관에서 출발한 것이 바로 빅뱅 이론의 초석이다.1.2 조르주 르메트르의 제안 (1927..

천문학

고요했던 우주가, 팽창하고 있다?20세기 초까지만 해도, 대부분의 과학자들은 우주는 정적인 상태라고 믿고 있었다.별들은 제자리에 있으며, 은하는 몇 개 안 되는 국소적 구조에 불과하다고 여겼다.하지만 1929년, 한 천문학자의 관측이 이 세계관을 송두리째 바꿔놓는다.그의 이름은 에드윈 허블(Edwin Hubble).그는 적색편이 데이터를 통해 우주가 팽창하고 있다는 증거를 제시했고,이것은 현대 우주론의 초석이 되었다.1. 팽창 이론 이전의 우주관1.1 정적인 우주와 뉴턴적 사고방식아이작 뉴턴 이후 수백 년간, 과학자들은 무한하고 고정된 우주를 기본 전제로 삼았다.중력으로 인해 수축할 수도 있지만, 우주는 그 자체로 균형을 이루는 ‘완전한 시스템’으로 여겨졌다.물리학자이자 수학자 아인슈타인조차,1917년 ..

천문학

하늘과 땅을 잇는 힘, 중력의 발견사과가 떨어진다. 달은 지구를 돈다. 행성은 태양을 돈다.겉보기엔 아무 관련 없어 보이는 이 세 가지 현상을 하나의 원리로 설명한 인물이 있다.바로 아이작 뉴턴(Isaac Newton, 1642–1727)이다.그는 1687년, 역사상 가장 영향력 있는 과학서 중 하나인《프린키피아(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)》를 통해모든 물체는 서로를 끌어당긴다는 **만유인력 법칙(Universal Law of Gravitation)**을 발표했다.이는 고전역학의 탄생이자, 천문학을 물리학으로 전환시킨 결정적 이론이었다.1. 아이작 뉴턴, 시대의 경계선 위에 선 인물1.1 천문학과 수학, 그리고 철학의 융합뉴턴은 영국에서 태어난 수학자,..

천문학

원은 완전한가, 자연은 정말 그렇게 움직이는가?천문학에서 “완전한 원 궤도”는 오랫동안 불문율처럼 여겨져 왔다.플라톤과 아리스토텔레스의 철학, 프톨레마이오스의 천동설, 심지어 코페르니쿠스의 지동설조차도행성은 원 궤도를 돈다는 가정 위에 세워졌다.하지만 17세기 초, 한 천문학자는 관측된 수치와 ‘완전한 원’ 사이의 미세한 어긋남을 놓치지 않았다.그 오차를 끝까지 따라간 그는 마침내 우주 운동의 진짜 법칙을 밝혀냈다.그가 바로 **요하네스 케플러(Johannes Kepler)**이며,그가 밝혀낸 것이 바로 케플러의 행성운동 법칙이다.1. 케플러의 등장과 시대적 배경1.1 신학도에서 천문학자로요하네스 케플러(1571–1630)는 독일 남부에서 태어났으며, 원래는 신학을 공부했다.그러나 그는 수학과 천문학에 ..

천문학

태양이 아니라, 지구가 돈다고?16세기 이전, 인류는 천동설이라는 정교한 체계 속에서 우주를 이해하고 있었다.지구는 우주의 중심이었고, 하늘의 모든 별과 행성은 그 주위를 돌았다.하지만 이 확고하던 믿음을 정면으로 뒤흔든 혁명적 이론이 등장했다.바로 **지동설(Heliocentrism)**이다.지동설은 태양이 중심에 있고, 지구를 포함한 모든 행성이 그것을 돈다는 이론이다.이 이론은 **코페르니쿠스(Nicolaus Copernicus)**에 의해 1543년 발표되었으며,천문학뿐 아니라 철학, 종교, 과학 전반에 걸쳐 거대한 패러다임 전환을 불러왔다.1. 지동설의 배경과 제안1.1 코페르니쿠스의 문제의식니콜라우스 코페르니쿠스(1473–1543)는 폴란드 출신의 성직자이자 천문학자였다.그는 이탈리아에서 수학..

천문학

별과 행성은 우리를 중심으로 돌고 있다?오늘날 우리는 지구가 태양을 도는 '지동설'을 과학적으로 받아들인다.하지만 인류는 약 1,400년 넘는 시간 동안, 지구가 우주의 중심이라고 굳게 믿어왔다.이 믿음은 단순한 무지에서 비롯된 것이 아니었다.그 시대 최고의 관측, 수학, 철학, 종교가 맞물려 **천동설(Geocentrism)**이라는 정교한 우주 모델을 만든 것이다.1. 고대인의 하늘 – 천동설의 기원1.1 하늘을 관측하던 고대인고대 문명은 하늘을 관측하며 계절을 예측하고, 농경을 계획하고, 달력과 신화를 만들었다.그들은 매일 해가 떠오르고 지는 것, 별들이 밤하늘을 한 방향으로 회전하는 것을 관측했다.이 단순하고 반복적인 관측 결과는 하나의 자연스러운 결론으로 이어졌다."지구는 정지해 있고, 하늘이 ..