[통합과학① 2단원] 1강. 빅뱅 우주론￨쿼크￨양성자와 중성자￨빅뱅 우주론의 증거🧐

간략한 요약

이 비디오는 통합 과학의 첫 번째 단원인 물질과 규칙성에서 원자의 개념과 빅뱅 우주론에 대해 설명합니다. 원자의 구조, 쿼크, 빅뱅 우주론의 등장, 빅뱅 우주론의 증거(수소와 헬륨의 질량비, 적색편이 현상, 우주 배경 복사)를 다룹니다.

• 원자는 물질을 구성하는 기본 입자이며, 원자핵과 전자로 이루어져 있습니다.
• 빅뱅 우주론은 약 138억 년 전, 아주 작고 뜨거운 한 점에서 대폭발이 일어나 우주가 시작되었다는 이론입니다.
• 빅뱅 우주론의 증거로는 수소와 헬륨의 질량비, 적색편이 현상, 우주 배경 복사가 있습니다.

원자란?

세상의 모든 물질은 원자라는 아주 작은 알갱이로 이루어져 있습니다. 원자는 플러스 전하를 가진 원자핵과 마이너스 전하를 가진 전자로 구성되어 있으며, 원자핵은 원자의 중심에 위치하고 전자는 원자핵 주위를 움직입니다. 원자의 종류에 따라 전자의 개수가 다르며, 원자핵의 플러스 전하량과 전자의 마이너스 전하량은 서로 같습니다.

원자의 구조, 양성자와 중성자

원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져 있습니다. 양성자는 플러스 전하를 띠고 있어 원자핵이 플러스 전하를 띠게 되며, 중성자는 전하를 띠지 않습니다. 양성자들은 서로 밀어내지만, 중성자가 이들을 묶어주는 역할을 합니다. 원자번호는 원자가 가지고 있는 전자의 개수를 의미하며, 원자 자체는 중성이므로 전자의 개수와 양성자의 개수는 같습니다.

쿼크, 빅뱅 우주론의 등장

양성자와 중성자는 더 작은 입자인 쿼크로 이루어져 있습니다. 쿼크는 현재까지 발견된 가장 작은 입자이며, 쿼크들이 결합하여 양성자와 중성자를 만들고, 양성자와 중성자가 결합하여 원자핵을 만듭니다. 조지 가모프는 최초의 우주는 온도가 매우 높은 하나의 점이었으며, 대폭발이 일어나 쿼크가 생성되고 원자가 만들어졌다고 주장했습니다. 이 이론은 빅뱅 우주론으로 불리게 되었습니다.

빅뱅 우주론이란?, 불투명한 우주와 투명한 우주

빅뱅 우주론에 따르면, 약 138억 년 전에 아주 작고 뜨거운 한 점에서 대폭발이 일어나 쿼크와 전자가 만들어졌습니다. 쿼크는 결합하여 양성자와 중성자를 만들고, 양성자와 중성자는 결합하여 원자핵을 만듭니다. 최초의 원자인 수소와 헬륨이 만들어지고, 이후 다른 원자들도 이 두 개의 원자로부터 시작되었습니다. 원자가 만들어지기 전에는 우주에 많은 양의 전자들이 있어 빛이 나아가지 못하는 불투명한 우주였지만, 원자가 형성되면서 빛이 자유롭게 나아갈 수 있는 투명한 우주가 되었습니다.

빅뱅 우주론의 증거 ①수소와 헬륨의 질량비(스펙트럼)

빅뱅 우주론에 따르면, 최초로 만들어진 원자는 수소와 헬륨이며, 우주에 남아있을 수소와 헬륨의 질량비는 약 3대 1일 것이라고 예측했습니다. 스펙트럼을 이용하여 우주의 성분을 분석한 결과, 우주에 존재하는 수소와 헬륨의 질량 비율이 약 3대 1인 것이 확인되어 빅뱅 우주론을 뒷받침하는 근거가 되었습니다. 스펙트럼은 빛이 파장에 따라 나눠지는 것으로, 특정 원소가 빛을 흡수하거나 방출하는 고유의 성질을 이용하여 우주의 원소 존재를 파악할 수 있습니다.

빅뱅 우주론의 증거 ②적색편이 현상(우주의 팽창)

적색편이 현상은 은하에서 방출되는 빛이 붉은색 쪽으로 이동하는 현상입니다. 은하가 우리에게서 멀어질수록 붉은색으로 관찰되며, 이는 은하가 점점 우리에게서 멀어지고 있다는 것을 의미합니다. 조지 가모프는 우주가 팽창하고 있다고 주장했는데, 적색편이 현상으로 인해 우주가 팽창하고 있다는 것이 증명되면서 빅뱅 우주론을 뒷받침하는 근거가 되고 있습니다.

빅뱅 우주론의 증거 ③우주배경복사

우주 배경 복사는 우주 전체에 퍼져있는 전파입니다. 조지 가모프는 빅뱅이 일어날 때 방출된 빛이 지금도 우주에 남아 있을 것이라고 주장했는데, 두 과학자가 우연히 원인을 알 수 없는 전파를 발견했고, 이 전파가 조지 가모프가 예측했던 파장의 빛과 거의 일치한다는 것을 알게 되었습니다. 이 전파는 우주 어느 방향에서든 동일하게 관찰되기 때문에 우주 배경 복사라고 불리며, 빅뱅 우주론을 뒷받침하는 세 번째 근거가 됩니다.