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우주 역사적 개념들
후기 그리스 철학자들은, 천체의 움직임들을 관찰하면서, 경험적 증거에 더 깊이 기반을 둔 우주 모형들을 개발하는 데 관심을 가졌다. 첫 번째 일관된 모형은 하늘의 움직임들이 원형이어야 한다는 플라톤의 생각을 따랐던 플라톤의 학생인 크니도스의 에우독소스에 의해 제안되었다. 행성 운동들의 알려진 복잡성, 특히 역행 운동을 설명하기 위해서, 에우독소스의 모형은 27개의 다른 천체 구들(celestial spheres)을 포함했다: 육안으로 볼 수 있는 각 행성들에 대해 4개, 태양과 달에 대해 각각 3개, 항성들에 대해 1개이다. 이들 모든 구체들은 지구를 중심으로 하였고, 이것은 그것들이 영원히 회전하는 동안 움직이지 않았다. 아리스토텔레스는 이 모델을 정교화해서, 행성 운동의 더 자세한 사항을 설명하기 위해서 구체의 수를 55개로 늘렸다. 아리스토텔레스에게는, 정상적인 물질은 전적으로 지상의 구체에 포함되어 있으며, 또한 그것은 천상의 물질과는 근본적으로 다른 규칙들을 따랐다.
우주 역사적 개념들
아리스토텔레스-이후의 논문 《데 문도(De Mundo)》(저자 및 날짜가 불확실한)는 "다섯 개의 지역에 있는 구체에 위치한 다섯 개의 원소들은 각각의 경우에 더 작은 것이 더 큰 것―즉, 물로 둘러싸인 땅, 공기로 둘러싸인 물, 불로 둘러싸인 공기, 그리고 에테르로 둘러싸인 불―에 의하여 둘러싸여 전체 우주를 구성하고 있다"고 언급했다.
이 모형은 또한 칼리푸스Callippus에 의해 개선되고 또한 동심 구체들이 포기된 후에, 그것은 프톨레마이오스의 천문 관측과 거의 완벽하게 일치하게 되었다. 이러한 한 모형의 성공은 주로 어떤 함수(행성의 위치와 같은)가 원형 함수의 한 집합(푸리에 급수)로 분해될 수 있다는 수학적 사실에 기인한다. 피타고라스 학파 철학자 필롤라오스와 같은 다른 그리스 과학자들은 (스토바우스Stobaeus의 설명에 따르면) 우주의 중심에는 지구, 태양, 달 및 행성들이 균일한 원형 운동을 하는 "중심의 불"이 있다고 가정했다.
우주 역사적 개념들
그리스의 천문학자 사모스의 아리스타르코스는 태양중심적 우주 모형을 제안한 최초의 알려진 개인이다. 원본 텍스트는 손실되었지만, 아르키메데스의 책 《모래알을 세는 사람》의 한 언급은 아리스타르코스의 태양중심 모형을 묘사한다. 아르키메데스가 쓰기를:
겔론 왕, 당신은 우주가 대부분의 천문학자들에 의해서 그 중심이 지구인 구체에 붙여진 이름이며, 그 반지름은 태양의 중심과 지구의 중심 사이의 직선과 같다는 것을 알고 있을 것이다. 이것은 당신이 천문학자들로부터 들은 것과 같은 일반적인 설명이다. 그러나 아리스타르코스는 특정 가설로 구성된 책을 내놓았는데, 여기서는, 가정들의 한 결과로서, 우주가 방금 언급한 우주보다 몇 배나 더 크는 것으로 나타났다. 그의 가설들은 고정된 별들과 태양은 움직이지 않고 유지되고, 지구는 원의 둘레를 따라 태양 주위를 회전하고, 태양은 그 궤도의 중앙에 있으며, 또한 태양과 같은 중심에 위치하는 고정된 별들의 구체는 아주 커서 그가 지구가 공전한다고 가정하는 원은 구체의 중심이 그 표면에 닿는 것과 고정된 별들의 거리에 대한 같은 비례이다.
우주 역사적 개념들
아리스타코스는 따라서 별들이 아주 멀리 있다고 믿었고, 또한 이것이 연주 시차가 관찰되지 않은 이유, 즉, 지구가 태양 주위를 이동할 때 별들이 서로 상대적으로 움직이는 것이 관찰되지 않은 이유라고 보았다. 별들은 사실 고대에 일반적으로 추정된 거리보다 훨씬 더 멀리 떨어져 있어서, 이것이 연주 시차는 오직 정밀 기기들로만 탐지할 수 있었던 이유이다. 행성 시차와 일치하는 지구 중심 모형은 평행 현상인 연주 시차의 관측 불가능성에 대한 설명으로 가정되었다.
우주 역사적 개념들
아리스타르코스의 태양중심 모형을 지지한 이름으로 알려진 고대의 유일한 천문학자는 아리스타르코스 이후 한 세기 동안 살았던 헬레니즘 천문학자인 셀레우키아의 셀레우코스(Seleucus of Seleucia)였다. 플루타르코스에 따르면, 셀레우코스는 추론을 통해 태양중심 시스템을 최초로 증명했지만 그가 사용한 논거는 알려져 있지 않다. 태양중심적 우주론에 대한 셀레우코스의 주장은 아마도 조수 현상과 관련되었을 것이다. 스트라본(1.1.9)에 따르면, 셀레우코스는 조수가 달의 인력에 의한 것이며 조수의 높이는 태양에 대한 달의 위치에 달려 있다고 처음으로 밝혔다. 또는, 그는 기하학적 모형의 상수를 결정하고 나중에 16세기에 니콜라우스 코페르니쿠스가 한 것처럼 이 모형을 사용하여 행성 위치를 계산하는 방법을 개발함으로써 태양 중심성을 증명했을 수 있다. 중세 시대에 페르시아 천문학자 알버마사르Albumasar와 알시지Al-Sijzi도 태양중심 모형을 제안했다.
우주 역사적 개념들
아리스토텔레스 모형은, 만일 지구가 그 축을 중심으로 회전하고 또한 만일 [태양]]이 우주의 중심에 위치하면 천문학적 데이터가 더 그럴듯하게 설명될 수 있다는 아리스타르코스의 관점을 코페르니쿠스가 되살리기 전까지, 대략 2천년 동안 서구 세계에서 받아들여졌다.
중앙에는 태양이 놓여 있다. 누가 동시에 모든 것을 조명힐 수 있는 이 매우 아름다운 성전의 등불을 다른 또는 이보다 더 좋은 곳에 둘 수 있겠는가?
— 니콜라우스 코페르니쿠스, 10장, 《천구의 회전에 관하여》(1543)의 제1권
코페르니쿠스 자신이 주목했듯이, 지구가 자전한다는 관념은 매우 오래된 것으로, 최소한 필롤라오스(c. 450 BC), 헤라클레이데스 폰티쿠스Heraclides Ponticus(c. 350 BC) 및 피타고라스학파 엑판투스Ecphantus로 거슬러 올라간다. 코페르니쿠스보다 대략 1세기 전에, 기독교 학자인 니콜라우스 쿠자누스도 그의 책, 《학습된 무지에 대하여(On Learned Ignorance)》(1440)에서 지구가 그 축을 중심으로 회전한다고 제안했다. 알시지도 또한 지구가 축을 중심으로 회전한다고 제안했다. 지구 자전의 실증적 증거는, 혜성 현상을 이용한하였으며, 투시(1201-1274)와 알리 쿠시Ali Qushji(1403-1474)에 의해 제공되었다.
이 우주론은 아이작 뉴턴, 크리스티안 후이겐스 및 이후의 과학자들에 의해 받아들여졌다. 뉴턴은 동일한 운동 법칙과 중력이 지상과 천체의 물질에 적용되어, 아리스토텔레스의 둘 사이의 구분을 쓸모 없게 만든다는 것을 보여주었다. 에드먼드 핼리(1720)와 장-필리프 드 체소Jean-Philippe de Chéseaux(1744)는 별들로 균일하게 채워진 한 무한한 공간의 가정이 야간 하늘이 태양 자체만큼 밝을 것이라는 예측으로 이어질 것이라고 독립적으로 언급했다; 이것은 19세기에 올베르스의 역설로 알려지게 되었다. 뉴턴은 물질로 균일하게 채워진 한 무한한 공간이 무한한 힘과 불안정성을 일으켜서 물질이 자체 중력하에 안쪽으로 찌그러질 것이라고 믿었다. 이 불안정성은 진스 불안정성 기준에 의해서 1902년에 명확해졌다. 이러한 역설에 대한 한 가지 해결책은 찰리어Charlier 우주인데, 여기서 우주가 무시해도 될 정도로 작은 전체 밀도를 가지도록 프랙탈 방식으로 물질이 계층적으로(어떤 더 큰 시스템에서 궤도를 도는 천체들의 시스템들, 무한정) 배열된다; 그러한 우주론적 모형은 1761년에 더 일찍 요한 하인리히 람베르트에 의해서 제안된 것이기도 하다.
18세기 동안, 임마누엘 칸트는 성운들이 은하수와 분리된 전체 은하들일 수 있다고 추측했으며, 1850년에, 알렉산더 폰 훔볼트는 이러한 분리된 은하들을 Weltinseln 또는 "세계 섬들"인 한 용어로 불렀으며, 이것은 나중에 "섬 우주"으로 발전했다. 1919년에, 후커 망원경(Hooker telescope)이 완성되었을 때, 지배적인 견해는 여전히 우주가 완전히 우리 은하계로 구성되어 있다는 것이었다. 후커 망원경을 사용하여, 에드윈 허블은 여러 나선 성운에서 세페이드 변광성을 확인했으며 또한 1922~1923년에 안드로메다 성운과 삼각형자리가 우리 은하 밖에 있는 완전한 은하들임을 결정적으로 증명했고, 따라서 우주가 수많은 은하들로 구성되어 있음을 증명했다.
현대 물리 우주론의 시대는 1917년에 시작되었으며, 이때에 알베르트 아인슈타인은 우주의 구조와 역학을 모형화하기 위해 처음으로 일반 상대성이론을 적용했다. 이 시대의 발견들과, 또한 답이 없는 질문들은, 위 절들에 요약되어 있다.
원 (기하학)
기하학에서, 원(圓, 영어: circle)은 주어진 점에 이르는 거리가 일정한 점들로 이루어진 평면 도형이다. 주어진 한 점을 원의 중심이라고 한다. 중심과 원 위의 점 사이의 거리를 원의 반지름이라고 한다. 원이 둘러싸는 평면 영역을 원판이라고 한다.
원은 이차 곡선의 일종인 타원에서 이심률이 0인 경우이다. 이심률은 아핀 기하학적 성질이 아니므로, 원은 타원과 달리 아핀 변환에 의하여 보존되지 않는다.
역사 시대 이전부터 원은 인류에게 익숙한 개념이었다. 원은 보름달이나 둥근 과일의 단면에서처럼 자연적으로 흔하게 찾아볼 수 있다. 인류 역사의 중요한 발명 중 하나인 바퀴도 원의 모양을 이용한 것이며, 톱니바퀴 등의 발명은 현대 공학의 주축이 되었다. 수학에서, 원에 대한 연구는 기하학과 천문학, 미적분학 등의 발전에 기여하였다.
원 (기하학) 용어
원과 관련된 기본적인 용어들은 다음과 같다.
원 (기하학) 역사
기원전 5세기경 안티폰은 정다각형의 변 수를 계속 늘려가면 결국엔 원이 된다고 생각했다. 이에 15세기 독일의 신학자 니콜라우스는 아무리 변을 늘려도 원이 될 수는 없다는 사상으로 반박했다.
원 (기하학) 해석 기하학
원의 둘레와 지름의 비는 일정하다. 반지름이 (즉 지름이 )인 원의 둘레는
이다. 여기서 는 원주율이다. 이는 약 3.1415…를 값으로 하는 초월수이다.
반지름이 인(즉 지름이 , 둘레가 )인 원(으로 둘러싸인 영역)의 넓이는
이다. 등주 부등식에 따르면, 이는 둘레가 인 폐곡선으로 둘러싸인 영역이 가질 수 있는 최대 넓이이다. 즉, 길이가 일정한 끈은 원 모양일 때 가장 넓은 영역을 감싼다.
2차원 데카르트 좌표계 위의 중심이 이고 반지름이 인 원의 방정식은
이다.:22, §3 이는 피타고라스 정리를 통해 유도된다.
2차원 데카르트 좌표계 위의 원의 방정식의 일반적인 꼴은
이다. 단, 는 실수이며,
이어야 한다.:23, §3.2 좌변은 반지름의 4배에 대응하며, 0인 경우 한원소 집합이 되고 (점원, 영어: point circle), 0보다 작은 경우 공집합이 된다 (허원, 영어: imaginary circle).:24, §3.2, Example 3.2
평면 위의 모든 원은 적절한 데카르트 좌표계를 취했을 때
와 같은 표준적인 방정식으로 표현된다. 단, 이어야 한다. 이러한 꼴의 방정식을 얻으려면 원의 중심을 좌표계의 원점으로 삼기만 하면 된다.
원 (기하학) 해석 기하학
2차원 데카르트 좌표계 위의 중심이 이고 반지름이 인 원은 다음과 같은 매개변수 방정식을 갖는다.:23, §3.2, (3.5)
여기서 은 각각 코사인 함수와 사인 함수이고, 는 매개 변수이다.
데카르트 좌표  대신 극좌표 를 사용할 수도 있다. 즉, 극좌표계 위의 중심이 이고 반지름이 인 원의 방정식은
이다.
데카르트 좌표나 극좌표를 복소수 로 대신하면, 원과 직선의 통일된 방정식을 얻을 수 있다.
복소평면 위에서, 중심이 이고 반지름이 인 원의 방정식은
이다. 여기서 는 복소수의 절댓값이다.
또한 복소평면 위의 원의 방정식의 일반적인 꼴은
이다. 여기서 는 켤레 복소수이다. 단, 는 실수이고, 는 복소수이며,
이어야 한다. 또한,  대신 을 취하고 다른 조건을 그대로 두면 복소평면 위의 직선의 방정식의 일반적인 꼴을 얻는다. 즉, 이라는 조건을 제거하고 다른 조건을 그대로 두면 일반화 원의 방정식의 일반적인 꼴을 얻는다.
2차원 데카르트 좌표계 위에서, 원
의 을 접점으로 하는 접선의 방정식은
이다.
원
의 기울기가 인 접선의 방정식은
이다.
원 (기하학) 종합 기하학
평면 위의 원과 직선의 위치 관계는 원의 중심에서 직선까지의 거리 와 원의 반지름 의 대소 관계에 따라 다음과 같은 경우로 나뉜다.
두 원의 위치 관계는 두 원의 반지름 와 두 중심 사이의 거리 에 따라 다음과 같은 경우로 나뉜다.
모든 삼각형은 유일한 내접원 및 외접원과 정확히 3개의 방접원을 갖는다. 그러나, 일반적으로 다각형은 내접원이나 외접원을 가질 필요가 없다. 어떤 다각형이 모든 변에 접하는 원을 가질 경우, 이 다각형을 외접 다각형이라고 한다. 어떤 다각형이 모든 꼭짓점을 지나는 원을 가질 경우, 이 다각형을 내접 다각형이라고 한다. 동시에 외접 다각형이며 내접 다각형인 다각형을 이중중심 다각형이라고 한다. 예를 들어, 모든 삼각형과 모든 정다각형은 이중중심 다각형이다.
주어진 원의 내접 각형 가운데 넓이가 가장 큰 것은 정각형이다.:35, §1G
원 (기하학) 작도
공선점이 아닌 세 점 를 지나는 원은 컴퍼스와 자를 사용하여 다음과 같이 작도할 수 있다.
주어진 원의 중심은 컴퍼스와 자를 사용하여 다음과 같이 작도할 수 있다.
원적 문제는 주어진 원과 넓이가 같은 정사각형을 컴퍼스와 자로 작도하는 문제를 일컫는다. 이는 원주율 가 초월수이고 초월수는 작도 가능한 수가 아니므로 불가능하다.
제망매가 해설
제망매가는 죽은 누이를 추모하는 작품이다. 죽은 누이에 대한 추모와 누이의 죽음으로 인한 슬픔과 그 극복의지를 담아내었으며 인간에게 피할 수 없는 운명인 죽음에 대한 두려움과 누이와의 사별에 따른 애절함을 종교적 구도로 승화한 작품이다. 제1~4구는 죽음의 비애에 대한 인식이며 제5~8구는 남매의 이산과 인생무상에 대한 서정적인 비유를 표현하였으며 제9~10구는 종교적 의지를 표현하였다.
천체
천체(天體, 영어: celestial body, 프랑스어: corps céleste, 독일어: himmelischer körper)는 우주에 존재하여 천문학의 연구 대상이 되는 것으로, 암석·기체·먼지 등 여러 물질이 중력에 의해 묶여 있는 상태로 존재하는 것과 그 집합을 가리켜 부르는 말이다.
천체 개설
천체의 대략적인 종류는 다음과 같다.
항성: 태양과 같이 스스로의 핵융합을 통해 빛을 내는 천체이다. 별 속의, 고온 고압에 의한, 원자와 원자핵들의 핵융합에 의해 에너지를 얻고 빛을 낸다. 별빛을 통해서(더 정확히는 별빛 스펙트럼) 표면의 온도와 크기, 질량, 나이, 구성원소 등 별에 관한 거의 대부분의 정보를 얻는다. 행성에 비해 질량이 압도적으로 크다.(예:태양)
성운(Nebula): 성간매질과 수소로 이루어진 천체.
암흑성운(Dark Nebula, DN):어두운 성간물질로 된 성운(예:말머리 성운)
반사성운: 성간물질이 밝은 성운의 빛이나, 별의 빛을 반사하는 성운(예:NGC 1435)
행성상성운(Planetary Nebula, PN): 초신성잔해가 행성모양으로 둥글게 퍼지면서 형성된 성운(예:M57)
발광성운(Bright Nebula, BN): 밝은 성간물질(예:M42)
천체 개설
은하(Galaxy): 항성, 성간 물질, 플라즈마, 암흑 물질 등으로 이루어진 거대한 계.
나선은하(Spiral Galaxy, SG): 나선팔을 가지고 있는 은하.
측면나선은하(Edge-on Galaxy): 지구에서 보았을 때 측면이 보이는 은하.(예:NGC 4565)
정면나선은하(Face-on Galaxy): 지구에서 보았을 때 정면이 보이는 은하.(예:M101)
타원은하(Elliptical Galaxy, EG): 타원모양 은하(예:M110)
불규칙은하(Irregular Galaxy,IG): 모양이 불규칙적인 은하(예:M82)
렌즈상은하: 타원은하와 나선은하의 사이에 속함.(예:M102)
우주 먼지 따위도 천체의 범주에 넣기도 한다.
천체 영미권 용례
영미권의 천체는 1. Astronomical bodies, 2. Astronomical objects, 3. Celestial bodies, 4. Celestial objects의 네 가지 단어를 포함하는데 이들은 쓰임새에 차이가 있다.
에너지 보존 법칙
물리학에서의 에너지 보존 법칙(-保存法則, 영어: law of conservation of energy)은 외계에 접촉이 없을 때 고립계에서 에너지의 총합은 일정하다는 것으로 물리학의 바탕이 되는 법칙 중 하나다. 가끔 에너지 보존의 법칙이라고도 불린다. 이 법칙에 따르면 에너지는 그 형태를 바꾸거나 다른 곳으로 전달할 수 있을 뿐 생성되거나 사라질 수 없다. 항상 일정하게 유지된다는 것이다. 롤러코스터에서 중력에 의한 퍼텐셜에너지가 운동에너지로 변환되거나 화약의 화학에너지가 총알의 운동에너지로 변환되는 것이 그 예이다. 20세기, 에너지 보존 법칙은 알버트 아인슈타인의 특수 상대성이론을 통해 질량-에너지 보존 법칙으로 확장되었다. 특수 상대성이론에 따르면 질량은 에너지의 한 종류이고 기준 관성계에 따라 측정되는 값이 다를 수는 있지만 같은 관성계에서 시간의 변화에 대해서 불변이다. 열역학에 있어서의 에너지 보존 법칙은 열역학 제1법칙(熱力學第一法則, 영어: the first law of thermodynamics)이라고 불린다.
에너지 보존 법칙 역사
19세기 이전 물리학에서는 열학과 역학을 구분 지어서 독립된 물리 현상이라고 판단하였다. 하지만 19세기에 열과 역학적인 일이 동등한 현상임을 증명하고 에너지 보존 법칙이 정식화 되었다.
역학적 일과 열이 서로 변환될 수 있으며 동등하다는 언급은 에너지 보존의 원리를 확립하는 데에 중심적인 특징이었다. 역학적 과정에서 역학적 에너지가 손실됨과 동시에 열이 생성된다는 사실을 지적했다는 점에서 에너지 보존의 원리는 자연현상의 통일성을 역설하고 있었다. 18세기의 물리학자들은 에너지 손실을 비역학적 과정과 분리해서 역학계 안에서만 고려했으며, 따라서 그들은 열과 역학적 에너지의 동등성에 대한 이론을 분명히 제시하지 않았다. 그런데 18세기 역학의 저작들 속에서도 역학적 에너지의 보존이라는 개념을 찾아낼 수 있다. 고트프리트 라이프니츠가 처음으로 밝힌 활력의 보존 원리가 바로 그것이다. 라이프니츠는 질량과 속도의 제곱을 곱한 양으로 측정되는 활력은 역학적 과정에서 보존된다고 주장했다.
활력 =
에너지 보존 법칙 역사
18세기 물리학자들에게 활력 보존의 원리는 널리 쓰였는데, 완전탄성운동을 설명할 때 특히 편리하였다. 1720년 요한 베르누이는 활력 개념에 대해서 가장 체계적이고 일관된 해설을 제시하였다. 비탄성충돌에서는 활력이 손실되는 것처럼 보이지만, 이는 움츠러뜨렸다가 늘어나지 못하게 해 놓은 용수철과 비슷하다고 하였다. 그리고 베르누이는 물체가 압축될 때 활력이 소모되지 않고 어떤 방식으로 변환된다고 해석하였다. 아직까지는 열과 일이 동등하다고 생각하지 않았다.
1760년 캐번디쉬는 활력보존의 원리를 열의 교환 문제에 적용하였다. 그는 열이 물체를 구성하는 알갱이들의 떨림에서 비롯된다고 가정을 하고, 열의 전달을 물체를 이루는 입자들의 활력의 보존으로부터 얻어낼 수 있다고 생각했다. 하지만 여전히 활력의 손실을 열의 생성과 등치시키지는 않았다.
에너지 보존 법칙 역사
19세기 초, 활력을 역학적 일, 즉 힘과 거리의 곱으로 잴 수 있다는 관념이 동력기술에 관한 저작들에 나타나기 시작했다. 석탄을 태움으로써 일을 할 수 있게 만드는 열기관의 작동을 보면 일과 열이 상호변환됨을 짐작할 수 있었다. 에워트는 석탄을 태울 때 생기는 열과 그렇게 해서 생성되는 역학적 능력 또는 힘 사이의 정량적 관계를 추측하였다. 1820년대에는 역학에 관한 이론적 논문들에서 일의 개념이 강조되었는데, 일은 힘을 거리에 대해 적분한 값이로 잴 수 있다고 정의되었다. 또한 활력 개념과의 수학적 관계를 분명히 함으로써 역학적 에너지의 척도를 제시했다. 일을 역학적 에너지의 척도로 보는 개념은 상호변환과정의 정량적인 기초가 되어 주었다.
에너지 보존 법칙 역사
1842년 역학적 에너지 보존의 법칙은 가장 먼저 독일의 J.R.마이어에 의해 제시되었다. 그는 열대지방을 여행하던 도중 선원들의 동맥 색이 붉은 것을 보고 에너지와 열의 관계를 처음 추측하였다. 후에 1850년 마이어는 열의 일당량이라는 개념을 적용시켜 <열의 일당량에 관한 논문>을 발표하였다. 수소들을 용기에 집어넣고 한 쪽면을 피스톤으로 막은 뒤 추를 올려 놓아 일정한 압력을 준다. 이 상태로 가열하게 되면 기체는 팽창하여 부피가 증가한다. 밀폐하여 가열하였을 경우에는 열용량이 2.4cal이었지만 팽창을 자유롭게 하였을 때는 3.4cal였다. 마이어는 "열량이란 압력에 저항하여 부피를 증가시키는 능력이다"라고 결론을 내렸다. 압력에 대하여 부피를 증가시키는 것은 일을 한다는 것과 동일하여 "열이란 일을 하는 능력이다"라고 결론을 내릴 수 있다. 이러한 능력은 [에너지]라고 정의가 되어있었는데 "열은 에너지다"라고 결론을 내렸다.
에너지 보존 법칙 역사
마이어의 실험에 앞서 1842년 영국의 줄이 비슷한 실험을 고안하였다. 마이어가 일을 시켜서 열에너지를 계산한 것과는 반대로 열에너지를 통해 일을 계산하였다. 줄의 장치를 잘 살펴보면 인간이 핸들을 돌려 추를 끌어올려 위치에너지를 증가시킨다. 그리고 핸들을 놓게 되면 추가 떨어지면서 물 속의 교반기를 회전시키는데 이는 추의 위치에너지가 교반기의 운동에너지로 전환되는 과정이다. 모든 실험이 끝난 후 물이 잔잔해지면 물의 온도가 전체적으로 증가한 것을 관찰할 수 있는데 이는 정확히 위치에너지의 양과 같다. 줄의 실험은 열이 에너지라는 것을 입증함과 동시에 에너지의 형태가 변하고 여러 과정을 거쳐도 그 전체 양은 줄지 않는 다는 것을 증명하였다.
에너지 보존 법칙 역사
1840년대까지 몇몇 물리학자들과 엔지니어들이 역학적 일과 열 사이의 정량적인 동등성을 명시적으로 밝혔다. 이들은 열과 일 사이의 변환 계수, 즉 열의 일 해당량 또는 역학적 값을 계산했다. 역학적 일의 개념을 명확하게 정의하고 열과 일의 정량적인 동등성을 밝힌 것이 중요한 요인이 되어, 에너지 보존 원리가 분명해지고, 실험도 가능해졌으며, 수학적 개념화도 이룰 수 있었다. 일과 열이 동등함을 주장함으로써, 물리학자들은 역학과정을 상호변환과정의 망 속에서 논의할 수 있게 되었다. 에너지 보존 원리는 이러한 설명의 작업틀에 기본적 개념을 제공했다. 즉, 보존되는 물리량의 정량적인 척도와 자연 능력의 상호변환을 설명해 주는 보편적인 원리이다. 에너지 보존의 법칙이 확립되면서 열의 역학적 이론도 분명해졌다. 이 이론은 열이 물체를 구성하는 입자들의 떨림에서 비롯된다고 보았으며, 이는 역학적 일과 열 사이의 상호변환과 동등성을 설명하는 기초가 되었다. 운동하는 물질에 기반을 둔 역학적 존재론은 자연 능력의 상호변화과 에너지 보존을 설명하는 토대가 되었다.
에너지 보존 법칙 역사
1840년대 줄이 열의 역학적 이론을 천명함으로써 에너지 보존 원리와 역학적 설명 프로그램 사이에 연결고리가 마련되었다. 1840년대 초 줄의 연구는 전기장치의 개선과 전기화학에 집중되어 있었다. 데이비와 패러데이는 화학적 친화성의 전기이론을 정식화하려 했으며, 줄은 이 전기이론을 더 다듬어 상호변환과 정량적인 동등함을 밝힘으로써 전기 현상과 화학 현상과 열 현상을 통합하려 했다. 줄은 역학적 일과 열 사이의 정량적 관계를 측정하기 위해서 역학적 일로부터 전류를 만들어내고 다시 이로부터 열을 만들어내는 전기장치를 고안했다. 이 장치를 써서 열과 역학적 일사이의 수치적 관계를 계산할 수 있었다. 줄은 곧 역학적 일이 마찰로 직접 열을 만들어낸다는 결론에 이르렀다. 그러나 열의 변환을 매개하는 매개체로서 전기를 중시하던 관점에서 역학적 일로 점차 그 초점이 옮겨갔다. 열의 변환을 중개하는 매개체로 전기를 중시하던 관점에서 역학적 일로 점차 그 초점이 옮겨갔다. 마찰에 의해 역학적 일이 직접 열로 변환된다는 것을 보이고 마찰로 생긴 열을 확인하려는 실험에서 열의 역학적 값을 측정함에 따라, 줄은 모든 자연 능력들이 정량적으로 동등하며 서로 변환될 수 있고 소멸되지 않는다는 주장을 하기에 이르렀다. 열과 일의 상호변환에서 전기가 매개의 역할을 하는 게 아니라 역학적 능력이 변환된다는 것이 그의 자연이론에서 중심 개념이 되었다.
에너지 보존 법칙 역사
줄은 열과 일이 서로 변환될 수 있다는 일반적인 물리이론을 정식화했는데, 이 이론은 열의 역학적 당량의 개념을 자연의 힘이 역학적으로 통일되어 있으며 서로 변환될 수 있다는 학설의 틀 안으로 가져왔다. 그는 우주에서 질서가 유지되는 것은 '힘'의 상호변환에 의한 것이며, 힘이 파괴되지 않는 것은 우주의 자족성을 보여주는 것이라고 주장했다. 신이 자연 능력의 틀을 일단 만들고 난 뒤에는 이 힘들이 그 전체 효과면에서 일정하게 유지된다는 것이다. 줄은 여러 자연 능력들 사이에 연결이 있으리라는 선입견을 가지고 연구를 시작한 것은 아니었다. 그는 실험적 발견을 이론적으로 해석하기 위한 틀거리로서 자연 능력이 변환되며 파괴되지 않는다는 관념을 채택한 것이었다. 이 이론이 직접 그의 연구의 방향을 정해 준 것은 아니지만, 변환현상에 대한 그의 실험적 예증의 지적인 배경이 된 것은 틀림없다. 줄은 열과 일이 상호 변환될 수 있음을 확립했다고 주장했지만, '에너지' 보존의 일반 원리에 대한 정식화를 주장하지는 않았다.
에너지 보존 법칙 역사
1847년 독일의 헬름홀츠는 에너지 보존법칙은 자연계 일반에서 성립되는 법칙이라고 주장하였다. 헬름홀츠는 그의 기념비적인 논문 <힘의 보존에 관하여>에서 에너지 보존 원리의 수학적 정식화를 제시했다. 힘의 보존 에 대한 헬름홀츠의 개념에는 아직 개연적인 모호함이 남아 있었는데, 에너지의 보존뿐 아니라 자연 능력 또는 힘이 파괴될 수 없으며 변형될 수 있다고 한 점도 그러하고, 에너지의 보존이라는 작업틀 안에 자연 능력의 변환을 포함시킨 점도 그러하며, 이런 식으로 보존되는 양들을 수학적으로 정확하게 지시하려 한 점도 그러하다.
에너지 보존 법칙 역사
헬름홀츠의 에너지 이론의 기원은 생리학에 대한 관심과 동물의 열이라는 문제에 대한 그의 특별한 관심에 있다. 물리학적 원리를 토대로 하여 생리학을 구성하려 했던 베를린 생리학 학파의 중심인물로서, 헬름홀츠는 동물이 만들어 내는 체열과 근육의 작용이 음식물의 산화에서 유도될 수 있음을 증명하려 했다. 헬름홀츠는 리비히의 연구에 크게 영향받았는데, 리비히는 물리 화학법칙들로부터 생리학적 현상들을 유호하려 했다. 헬름홀츠는 실험적 증거가 불충분했음에도 불구하고 리비히의 이론을 옹호하면서 호흡만이 동물의 열이 근원이라고 결론지었다. 그러면서, 리비히의 논증은 '힘의 일정함'의 원리가 타당한가 아닌가에 의존한다고 지적했다. 힘의 일정함의 원리란 힘들이 파괴될 수 없으며 변형될 수 있을 뿐이라는 원리이다. 헬름홀츠는 자연 능력 또는 힘이 상호 변형될 수는 있지만 소멸될 수는 없다는 원리를 정당화하는 것을 자신의 과제로 삼았다.
에너지 보존 법칙 역사
그는 유기체가 독특한 힘을 가지고 있으며 그것은 물리적 영역에서 작동하는 힘과는 다르다는 리비히의 견해를 공격하긴 했지만, 유기체에서 나타나는 힘들이 비유기적 자연에서 작동하는 힘이 수정된 결과라고 본 것은 리비히의 생리학을 올바로 해석한 것이었다. 헬름홀츠는 리비히의 생기력이라는 개념을 배격하지 않았다. 헬름홀츠에게 중요한 문제는 유기체의 생리학을 조절하는 힘들을 비유기적 힘을 지배하는 법칙들로 설명하는 것이었다. 그는 이 설명을 위해서는 모든 힘의 작동은 힘이 일정하다는 법칙을 따라야 한다고 주장했다. 리비히의 생기력도 역시 저절로 생겨날 수 없으며 다른 힘을 같은 양만큼 만들어 낼 수 있다는 점에서 비유기적 힘과 똑같은 성질을 가지고 있었다. 그래서 헬름홀츠는 리비히의 이론이 힘은 일정하다는 가정에 의존하고 있다고 주장한 것이다. 그러나 헬름홀츠는 생기력 원리가 포함하고 있는 다른 주장, 즉 생기력은 자체영구적이며 따라서 힘 일정의 원리에 구속되지 않을 수도 있다는 주장에는 반대했다.
헬름홀츠는 "살아 있는 힘"의 보존의 원리를 일반적인 형태로 유도하면서, 중심력에 의해 움직이는 물체의 운동에 대해 '살아 있는 힘'의 변화는 그가 "긴장된 힘"이라고 부른 양의 변화로 측정된다고 주장했다. "긴장된 힘"은 중심력의 세기에다 물체에서 힘의 중심까지의 거리를 곱한 양으로 정해진다. 힘 보존의 원리는 "살아 있는 힘"과 "긴장된 힘"의 합이 일정하다는 것으로 표현되었다. 헬름홀츠는 이 원리가 물체의 운동이 중심력 법칙으로 결정된다는 가정에 의존한다고 보았다.
헬름홀츠의 "살아있는 힘"과 "긴장된 힘"은 각각 운동에너지와 위치에너지에 해당하며, 그의 '힘의 보존'의 원리는 에너지 보존을 수학적으로 표현한 것이다. 헬름홀츠는 자신이 '힘'이라는 용어를 수학적인 논의에서 이중적으로 쓰고 있음을 잘 알고 있었다. 즉, 뉴턴의 끄는 힘과 미는 힘을 지칭할 때에도 힘이라는 용어를 쓰고, 살아있는 힘과 긴장된 힘에서도 힘이라는 용어를 쓰고 있었다. 그는 나중에 '살아있는 힘'과 '긴장된 힘'이 1850년대에 도입된 '에너지'라는 용어의 동의어임을 재빨리 지적했다.
에너지 보존의 법칙은 20세기에 들어와서 질량-에너지 보존의 법칙으로 거듭나게 되는데, 이는 중성자의 발견과 함께 시작된다. 1932년 이탈리아의 페르미는 중성자의 발견과 동시에, 중성자를 원자핵에 충돌시켜 하나의 원소를 다른 원소로 변환하는 연구를 시작하였다. 1938년 독일의 오토 한과 슈트라스만이 페르미의 실험을 해석하였는데 이는 초우라늄원소가 아니라 우라늄이 정확히 두 개로 분열되고 그 사이에 미세 질량들이 소멸하여 에너지가 발생하였다는 것을 밝혀냈다. 그들은 원자핵 분열 현상이라고 불렀다. 그 후 알버트 아인슈타인은 질량들은 질량에 광속에 제곱을 곱한 것과 같은 에너지를 가진다고 증명하여 질량과 에너지가 상호 전환되며 그 합이 일정함을 보였다.
에너지 보존 법칙 열의 일당량
열의 일 당량은 열역학 제1법칙, 나아가서 에너지 보존의 법칙의 요체로서 단위 열을 생성하는데 필요한 기계적 일의 양이다.
역사적으로, 에너지 보존의 법칙은 열의 일 당량에 의해 뒷받침되었다. 에너지 보존 법칙이 발견 될 당시에 그 당시를 지배하던 라부아지에의 칼로릭 이론과는 달리 열이 역학적인 일로 변할 수 있다는 것을 보여주는 예이기 때문이다.
열과 일의 관계를 발견하기 위한 시도는 럼퍼드 백작이라고 불리던 벤자민 톰슨에서부터 시작되었다. 그는 포신의 앞부분을 물속에 집어넣고 회전하는 굴대에 연결하여 포신의 앞쪽에 있는 드릴로 쇠를 깎아 내는 작업을 시작하자, 얼마 있지 않아 열이 발생하고 수 시간 뒤에는 물이 끓기 시작하는 것을 발견하였다. 그는 이 결과를 통해 열을 ‘칼로릭’이라는 물질의 흐름으로 생각한 라부아지에의 이론을 부정하고 열이 운동과 관련이 있다고 설명했다.
에너지 보존 법칙 열의 일당량
럼퍼드가 단순한 열이 운동과 관련이 있다는 새로운 시각을 제공하는 것에 그친 반면에, 독일의 내과의사 로베르트 율리우스 마이어는 에너지가 보존된다는 근본적인 개념의 혁명을 제공했다. 그는 그가 알고 있는 동물의 체온에 대한 이론과 몸이 기계적인 일을 한다는 것을 결합시켜 몸속의 연소반응이 열과 일을 발생시킨다고 결론지었다. 이 결론을 운동도 마찰을 통하여 열을 만들게 된다는 것과 종합되어 운동과 열은 서로 전환이 가능하다는 생각으로 발전되었다. 그는 철학적 추론에 의존해 그가 혐오하는 유물론과 대비되는 자신의 생각을 더욱 발전시켜 열의 일 해당량의 값을 추측하고 “소멸되지 않고 변환 가능하면서 무게가 없는 실제”라고 언급된 에너지에 대한 개념을 소개했다.
에너지 보존 법칙 열의 일당량
마이어의 추론이 경험적 근거가 부족했고 사변적 추론에 의존했다면, 영국의 제임스 프레스콧 줄은 열의 일 당량을 정밀하게 측정했다. 그의 실험 장비를 묘사하자면 끈의 한 쪽 끝에는 추가 달려있고 반대쪽 끝은 물레방아의 축에 감겨있는 상태에서 중력에 의해 정해진 거리만큼 추가 내려오게 되면 물레방아가 물을 휘저으며 일을 한다. 이론적으로는 추의 무게와 추가 내려온 거리로부터 추가 한 일의 양을 측정할 수 있고 물의 양과 증가한 온도를 재서 발생한 열의 양을 측정할 수 있다. 다만 이 실험에서 발생하는 열량이 굉장히 적어 사람의 체온이나 미세한 주변 환경의 변동에도 측정값이 묻혀버릴 수 있다는 점이 줄이 실험을 조작했을 수 있다는 의문을 가지게 한다.
에너지 보존 법칙이 확고하게 자리가 잡고 난 오늘날에는 열의 일 해당량이 정밀하게 측정되었다. 에너지와 일과 열을 재는 과학적 단위는 ‘줄’로 통합되었고 J라고 표기하며, 1줄은 1g의 물을 0.24도 높이는데 필요한 에너지에 해당한다고 알려졌다.
수식적으로는 다음과 같이 표시할 수 있다.
여기서 W는 일, Q는 열량, J는 열의 일 해당량을 뜻한다.
에너지 보존 법칙 열역학 제1법칙
열역학 제 1법칙은 1850년 루돌프 클라우지우스에 의해 정립된 것으로, 닫힌 열역학적 계에 대하여, 계의 에너지 변화량은 계에 가해진 열에너지와 계가 한 일을 합친 것과 같다는 법칙이다. 열역학 제 1법칙은 에너지 보존의 법칙을 열역학적인 관점에서 서술한 것으로 볼 수 있으며 수식적 표현은 다음과 같다.
or
W앞에 마이너스 기호와 플러스 기호를 둘다 사용하는 이유는 때때로 편의에 따라 일의 정의를 달리하여 기호를 반대로 표시하기도 하기 때문이다. 여기서 Q는 계에 제공된 , 복사의 형태로 전달된다. 대류는 기체나 액체의 직접적인 운동을 통해 전달되는 것이고, 전도는 분자수준의 접촉을 통해 에너지 전달이 일어나는 것이며, 복사는 뜨거운 물체가 강한 전자기파를 방출하면서 에너지를 전달하는 것이다.
극소한 변화에 대해서는
식이 성립한다. 여기서 dQ와 dW가 Q와 W의 변화량이 아닌 극미량을 뜻한다는 점에 주의해야 한다. Q와 W의 변화량은 아무런 의미가 없다. 다시 말해서 Q와 W는 다른 변수의 함수 꼴로 나타나지 않으며 경로의존적인 적분 값을 가지게 된다.
에너지 보존 법칙 열역학 제1법칙
인류는 오랜 시간동안 외부 동력원 없이도 내부적 순환으로 에너지를 창출하여 영구적인 일을 할 수 있는 기관을 만드는 것이 꿈이었고 그것을 제 1종 영구기관이라고 불렀다. 아르키메데스는 스크류를 이용하여 물을 순환시켜 물레방아를 계속 돌리는 영구기관을 제시했고, 17세기 초기 증기기관을 연구한 영국의 소머셋은 바퀴 속에 납공을 넣고 굴려서 그 반동으로 바퀴를 돌리는 영구기관을 고안했다. 베르누이 역시 유체역학적인 영구기관을 제안하기도 했으나 모두 실패로 끝났다. 그 대표적인 예로 물레방아 모양의 영구기관이 있는데 이 영구기관은 물이 떨어지는 힘을 이용해서 물레방아를 돌리고 이 물레방아가 일을하면서 떨어진 물을 다시 위로 퍼올리도록 설계되어 있다. 현대에 들어와서, 에너지보존의 법칙은 제 1종 영구기관이 불가능하다는 것을 입증한다. 외부로부터 에너지를 공급받지 않고 영구적으로 일을 하기 위해서는 스스로가 에너지를 창출시키는 능력이 필요하다. 그러나 에너지 보존의 법칙에 따르면 에너지는 생성되거나 소멸될 수 없으므로 제 1종 영구기관은 존재할 수 없다.
에너지 보존 법칙 역학적 에너지 보존의 법칙
뉴턴 운동 법칙의 제 2 법칙에 따르면 입자에 작용하는 힘 와 위치벡터 은 다음과 같이 성립한다.
이 식은 직접 에 대하여 적분할 수 없으므로 에너지 적분을 사용하자.
양변에 속도를 곱하고 시간에 대하여 에서부터 까지 적분하면
따라서
로 정리할 수 있다.
따라서
....... (i)
를 만족한다. 이를 일-에너지의 원리라고 한다.
만약 어떤 힘 가 입자를 점 에서 점 로 이동시키는데 한 일 가 그 이동 경로에는 아무 관계가 없고 그 두 점 의 위치에만 관계되는 경우를 생각하면, 힘 를 어떤 폐곡선을 따라서 한 바퀴 적분한 것이 0이 된다고 가정하자. 이러한 힘을 보존력이라고 한다.
⇔  (보존력)
이 경우 피적분함수 가 위치벡터 만의 함수인 어떤 스칼라함수의 보존력으로 표현 할 수 있을 때만 가능하다. 그 스칼라함수를 라 하면
....... (ii)
가 된다.
힘 가 보존력 일 때 위 식을 만족하는 스칼라함수 을 위치에너지 함수라고 한다.
힘 가 보존력일 때 경로 에 대해서 다음 식도 만족한다.
에너지 보존 법칙을 유도하기 위해서 (i)과 (ii)를 결합하면
일정
을 얻을 수 있다.
이것은 어떤 계안에서는 에너지가 로 보존된다는 것을 뜻한다.
에너지 보존 법칙 뇌터와 에너지보존의 법칙
1915년 독일의 수학자 뇌터는 자연계에 대칭성이 있으면 그에 상응하는 보존량이 존재하고 그 역도 성립한다는 것을 수학적으로 증명했다. 여기서 시간변환에 대한 대칭성에 대응되는 보존량이 바로 에너지이다. 만약 다른 계와의 상호작용에 기인하여 시간변환의 대칭성이 없는 계가 있다고 하더라도, 항상 더 큰 시간변환의 대칭성이 있는 계를 잡을 수 있기 때문에, 전 우주적인 에너지는 보존된다고 해석할 수 있다. 뇌터에 의해서 에너지보존의 법칙은 ‘대칭성’이라는 자연의 성질로서 다시 한 번 통찰되었으며 더욱 뿌리 깊게 많은 물리학 이론의 토대로서 자리 잡게 되었다. 특히 현대물리학적으로 에너지 보존 법칙을 해석할 때 뇌터의 정리를 사용한다.
에너지 보존 법칙 특수 상대성 이론과 에너지보존의 법칙
고전적인 뉴턴역학에서 정지해 있는 물체의 에너지는 정지해 있으므로 운동에너지는 0이고, 내부에너지로 화학결합에너지와 열 에너지, 그리고 적당한 장에 의한 위치 에너지를 가진다. 그러나 이런 정도의 에너지는 방대한 에너지를 지속적으로 방출하는 별들에게는 부족한 크기를 가지고 있다. 아인슈타인이 특수 상대성 이론을 발견하면서 질량도 결국 에너지의 한 종류라는 것을 증명해내고, 그 크기는 질량과 빛의 속도의 제곱에 비례하는 어마어마한 크기라는 것을 유도해냈다. 이는 에너지-질량 등가 원리라고 불리고, E = mc^2의 식으로 대표된다. 사실 이 유명한 공식은 약간의 오해의 소지가 있으며 보다 정밀한 공식은 계의 총 운동량까지도 고려해야 한다.
에너지 보존 법칙 특수 상대성 이론과 에너지보존의 법칙
여기서 물체가 정지해 있는 상태라면, 정지에너지는 정지질량과 빛의 속도의 제곱의 곱과 같다는 공식을 얻어낼 수 있다. 비록 상대성이론에 따라 관측자의 관성계에 따라 물체의 상대론적 에너지가 변화할 수 있지만, 관측자의 관성계가 변하지 않는 이상 시간의 변화에 에너지는 변하지 않는다는 것을 볼 수 있다. 다시 말해 관측자에 따라 계의 총 에너지 량에는 차이가 있을 수 있지만 각각의 관측자에게 그 값은 시간에 따라 변하지 않으므로 에너지 보존의 법칙을 만족하는 것이다.
이와 같이, 상대성 이론이 정립된 후에도 에너지 보존의 법칙은, 에너지의 개념의 확장으로 유지될 수 있었다. 에너지가 보존된다는 것은, 기존에 있던 개념의 에너지가 보존되는 것 뿐만이 아니라 질량의 형태로 있는 에너지까지도 보존된다는 것이다. 다시 말해 질량 자체가 곧 에너지고 본질적으로 질량 보존의 법칙과 에너지 보존의 법칙은 같은 불변량에 대한 법칙이었다는 결론을 얻어냈다. 이로 인해 과학의 뿌리를 이루던 두 가지 큰 법칙, 질량보존의 법칙과 에너지보존의 법칙이 하나로 연결되게 되고, 두 뿌리가 하나로 합쳐져 더욱 견고한 토대를 이루게 되었다.
에너지 보존 법칙 파울리와 중성미자
에너지 보존의 법칙은 오랜 시간의 인류의 경험 속에서 예외가 발견되지 않은 당연한 것이었다. 그러나 이렇게 당연하게 받아들여지던 에너지 보존의 법칙에도 위기가 있었다. 과학자들은 동위원소의 베타붕괴 실험을 통해 중성자가 양성자와 전자로 붕괴할 때 에너지 보존 법칙에 위배되는 것처럼 보이는 결과를 얻었다.
독일의 물리학자 파울리는 이 문제를 해결하기 위해 중성미자라는 새로운 입자를 제안했다. 파울리는 중성미자가 원자핵의 붕괴의 결과를 에너지 보존의 측면에서 설명하기 위해서는 전기적으로 중성이며, 질량이 매우 작을 것이라고 예상했다. 위의 예상을 바탕으로 1956년 코웬과 라인스가 중성미자를 실험적으로 검출해 냈으며 현재까지도 페르미 국립 가속기 연구소 같이 입자 가속기를 통한 국가적 차원의 연구가 진행되고 있다. 이와 같이 에너지 보존의 법칙은 새로운 입자의 발견에도 크게 기여했다.
양성자
양성자(陽性子, 영어: proton)는 +1e인 전하를 가지는 원자를 구성하는 입자다. 중성자와 함께 원자핵을 이루며 이 둘을 '핵자'라고도 부른다. 모든 원자에 있는 핵에는 양성자가 하나 이상 포함되어 있고 이 양성자 개수가 원소 성질을 결정한다. 각 원소가 각자 양성자 수가 달라서 양성자 개수를 원소 고유한 원자 번호로 사용한다. 양성자 영문 표기인 proton은 그리스어로 '첫 번째'를 뜻한다. 이 명칭은 1920년에 어니스트 러더퍼드가 수소 원자핵 명칭으로 부여했다. 러더퍼드는 수소 원자핵 (가장 가벼운 원자핵)을 질소 원자핵 충돌로 얻을 수 있다는 사실을 1919년에 발견했고 따라서 양성자가 질소를 비롯한 모든 무거운 원자핵을 구성하는 기본 입자 후보라 여겼다.
양성자
소립자 물리학의 현대 표준 모형에서 양성자는 강입자 중 한 종류며 또 다른 핵자인 중성자와 같이 쿼크 3개(위 쿼크 2개와 아래 쿼크 1개)로 이루어져 있다. 쿼크를 제외한 질량 부분은 양성자 질량 1%정도에 불과하다. 양성자 질량에서 남는 부분은 쿼크의 역학적 에너지와 쿼크를 모아주는 글루온에 의한 강한 상호작용의 에너지에 의한 것이다. 양성자는 기본입자가 아니기 때문에 물리적인 크기를 갖는다. 양성자의 반지름은 약 0.84 fm이다.
충분히 낮은 온도에서 자유 양성자는 전자와 결합한다. 하지만 그렇게 묶인 양성자의 성질이 변하지는 않는다. 물질 사이를 빠르게 움직이는 양성자는 전자나 원자핵과의 상호작용으로 인해 원자의 전자구름에 붙잡힐 때까지 속도가 느려진다. 그 결과로 생성되는 것이 수소 화합물의 일종인 양자화 된 원자이다. 진공 상태에서 자유전자가 존재한다면 충분히 느린 양성자가 각각의 자유전자를 집어가 화학적으로 유리기상태인 중성 수소 원자가 된다. 이러한 “자유 수소 원자”들은 충분히 낮은 에너지를 갖는 다른 원자와 화학반응을 일으키는 경향이 있다. 두 자유 수소 원자가 서로 반응하면 그것들은 성간 공간의 분자 구름에 가장 흔한 분자인 중성 수소 분자(H2)가 된다. 지구상에 존재하는 이 분자는 대형 강입자 충돌기를 활용한 실험과 같은 강입자 물리 실험 등에서 가속을 위해 쓰이는 양성자의 좋은 공급원으로 쓰인다.
양성자 양성자의 성질
현재까지의 실험 결과에 따르면, 안정하거나 반감기가 매우 길다. 이는 양성자가 중입자 중 가장 가볍기 때문이다. 이에 반해 조금 더 무거운 중성자는 (자유 상태에서) 불안정하고, 양성자로 붕괴한다. 실험 결과에 따르면, 양성자의 반감기의 하한은 1035년이다. 대부분의 대통일 이론은 양성자의 붕괴를 예측하지만, 그래도 양성자의 반감기는 매우 길다.
원자의 주기율표는 화학적으로 동일한 성질의 원자들을 묶은 것이다. 주기율표의 성질은 양성자와 중성자의 개수에 의해 결정된다. 질적인 성질을 양적인 성질로 바꾼 것이라 할 수 있다.
쿼크의 발견으로, 양성자가 기본 입자가 아니라 두 개의 위 쿼크와 하나의 아래 쿼크가 강한 상호작용으로 묶인, 복합 입자임이 밝혀졌다. 하이젠베르크에 의해 제안된 아이소스핀 1/2을 가지며, 같은 핵자인 중성자와 쌍을 이룬다.
클래식
클래식(영어: classic)은 '고전'이라는 뜻이다.
표준국어대사전에 따르면, 고전에는 네 가지 뜻이 있다. (1) 옛날의 의식(儀式)이나 법식(法式). (2) 오랫동안 많은 사람에게 널리 읽히고 모범이 될 만한 문학이나 예술 작품. (3) 고대 그리스와 로마의 대표적 저술. (4) 옛날의 서적이나 작품.
클래식이란 말은 음악 영역에서 자주 쓰이나, 문학, 미술, 영화 등 다른 예술 분야나 스포츠에서도 널리 사용된다.
고전을 뜻하는 영어 classics는 라틴어 클라시스(classis)에서 유래했다. 클라시스는 로마의 여섯 번째 왕 세르비우스 툴리우스(재위 BCE 578 ~ BCE 535)가 징세 목적으로 나눈 다섯 개 경제 집단 중 하나로, 로마 상류 사회의 부유 계급을 지칭했다. 이 말은 나중에 군사 목적으로 소집된 시민들 또는 징집 그 자체를 가리키는 말로 뜻이 바뀌었고, 더 나중에는 의미가 축소되어 함대라는 뜻으로 주로 쓰였다.
클래식
라틴어 클라시쿠스(classicus)는 '최상급에 속하다'라는 뜻이다. 이 단어는 아울루스 겔리우스의 《아테네의 밤》(CE 180년 경)에 처음 등장했다. 이 책에서 클라시쿠스는 권위 있는 저술가 또는 그런 사람들 중 초기에 활약했던 웅변가나 시인을 뜻했다. 반대말은 프롤레타리우스(proletarius)였다.
신연수역
신연수(가천대학교 메디컬캠퍼스)역(Shinyeonsu(Gacheomdaehakgyo Medical Campus)Station, 新延壽驛)은 인천광역시 연수구 경원대로에 위치한 인천 도시철도 1호선의 지하철역으로, '신연수'라는 역 이름은 연수신시가지 건설 사업으로 설치되는 수인분당선의 연수역과의 중복 방지 차원에서 제정되었지만, 수인선 복선 전철화 사업 지연 문제에 기인하여, 연수역보다 신연수역이 가장 제일 먼저 영업을 개시하였다. 심야에 1편성이 주박한다.
신연수역 역 구조
1면 2선의 섬식 승강장이 있는 지하역이며, 스크린도어가 설치되어 있다. 출구는 4개다.
인천터미널역
인천터미널(푸른세상안과)역(Incheon Terminal station)은 인천광역시 미추홀구 관교동에 있는 인천 도시철도 1호선의 전철역이다.
서울 지하철 5호선 고덕역을 비롯한 부산 도시철도 2호선 동원역, 수도권 전철 서해선의 시흥시청역처럼, 역사는 지하에 있지만 서쪽 출구는 지상으로 노출되어 있는 것이 특징이다. 역 인근에 인천종합버스터미널과 푸른세상안과가 있다. 인천 도시철도 1호선의 역 중 2012년에 가장 많이 이용한 역으로 집계되었다.
인천터미널역 역 구조
2면 2선의 상대식 승강장이 있는 지하역이며, 스크린도어가 설치되어 있다.
작전역
작전(인천세종병원)역(Jakjeon(Incheon Sejong Hospital)Station, 鵲田驛)은 대한민국 인천광역시 계양구에 있는 인천교통공사 인천 도시철도 1호선의 지하철역이다. 심야에 1편성이 주박한다.
작전역 구조
지하 2층 규모의 지하역이다. 지하 1층에는 개찰구 등 역무 시설과 상가가, 지하 2층에는 승강장이 있다. 각 층은 계단 및 에스컬레이터와 엘리베이터로 연결된다. 개찰구는 역 중앙에 한곳이 있다. 출입구는 8곳이다. 회차선이 있으며, 작전행 열차가 종착하면 주박한다.
승강장은 1면 2선의 섬식 승강장으로, 스크린도어가 설치되어 있다. 별도의 승강장 번호는 설정되어 있지 않다.
양전자
양전자(陽電子, 영어: positron) 또는 반전자(反電子, antielectron)는 전자와 전하 켤레 대칭(charge conjugation) 관계에 있는 입자이다. 전하 켤례 관계에 있는 두 입자는 질량이나 스핀이 같지만 전하는 반대이다.
양전자 역사
양전자의 존재는 1928년 폴 디랙이 디랙 방정식으로부터 예견하였다.
1930년에 캘리포니아 공과대학의 자오중야오(趙忠堯)가 이를 관측하였으나, 그는 당시 그것이 무엇인지 깨닫지 못했다.
1932년 8월 2일에 칼 데이비드 앤더슨이 우주선에서 새로운 입자를 실험으로 발견했고, 양전자라고 이름붙였다. 이후 앤더슨의 입자가 디랙이 예측한 입자와 동일하다는 사실이 곧 확인되었다. 이 실험은 우주선을 자석에 의해 둘러싸여 있는 납 전극과 안개 상자로 통과시키는 것이다.
양전자 응용
방사성의 추적기의 자연붕괴를 통해 생성되는 양전자는, 병원들과 가속물리학 실험실에서 사용되는 양전자 방출 단층촬영(positron emission tomography, PET) 스캐너에서 발견되고, 전자-양전자 붕괴 실험들에서 사용된다. PET스캐너의 경우에 양전자들은 인간 뇌 활동의 영역을 보여주는 메카니즘을 생산한다. 위에 언급된 것을 더하면 두 개의 양전자의 적용을 의학과 기초 물리학에 적용한다. 양전자 상쇄 분광기(positron annihilation spectroscopy)는 물질 조사에 사용된다.
양전자는 반물질 중 가장 안정하며, 기본입자이므로, 전자-양전자 충돌실험을 통해 새로운 이론을 검증하기 쉽다. 다만 단점은 높은 에너지의 전자와 양전자를 얻기 힘들다는 것이다.
백운역
백운역(白雲驛, Baegun station)은 인천광역시 부평구 십정동에 있는 수도권 전철 1호선의 전철역이다.
이 역에서 멀지 않은 곳에 인천 도시철도 1호선 부평삼거리역이 있다.
백운역 역 구조
2면 4선의 쌍섬식 승강장이다. 출구는 3개이다. 스크린도어가 설치되어 있다.
백운역과 경인선의 배선도는 다음과 같다.
동암역
동암역(銅岩驛, Dongam station)은 인천광역시 부평구 십정동에 있는 수도권 전철 1호선의 전철역이다. 인천 도시철도 1호선 간석오거리역과 꽤 가까운 곳에 있다.
동암역과 간석역 사이에 인천 도시철도 1호선 인천시청역과 연결되는 선로가 있다. 인근에 인천교통공사가 있다.
동암역 개요
동암역은 급행열차가 운영된다는 점에서 동암역을 기점으로 시내버스와 인천광역시 버스들이 운행 된다.
서울특별시와 인천광역시의 직행 덕분에 남동구와 부평구에 사는 시민들이 인서울 직장인들이 가장 애용하는 역이라 볼 수 있다. 급행열차를 시간 맞추어 탑승하면, 인천터미널역 또는 예술회관역에서 탑승하는 것보다 빠르고 신속하게 도착 할 수 있다.
동암역의 경우 복개 및 지하화 되지 않은터라 백범로를 통해 동부인 간석동과 서부인 주안동, 십정동과 만난다. 남동구와 부평구의 경계면서 만남의 역할이기도 하다.
출입문이 2개이며, 서로 양측으로 뚫려 있다보니 서부와 동부간의 시민들의 도보 경로이기도 하다.
동암역 역명 유래
옛날 이 곳에 주안산, 만월산에서 구리를 캐는 광산이 있었다고 하여 붙여졌다.
동암역 역 구조
2면 4선의 쌍섬식 승강장이며, 스크린도어가 설치되어 있다. 출구는 2개다.
동암역과 경인선의 배선도는 다음과 같다. 이 역과 간석역 사이에 인천 도시철도 1호선 인천시청역과 연결되는 선로가 있다.
가능역
가능역(Ganeung Station, 佳陵驛)은 경기도 의정부시 가능동에 위치한 수도권 전철 1호선의 철도역이다.