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엔트로피와 열역학 제2법칙, 시간의 방향성을 결정하는 원리 엔트로피는 무질서도를 나타내는 물리량으로 열역학 제2법칙은 고립계의 엔트로피가 항상 증가한다고 말합니다. 이 법칙은 왜 시간이 한 방향으로만 흐르는지, 왜 깨진 컵은 저절로 복원되지 않는지, 우주의 궁극적 운명은 무엇인지를 설명하는 자연의 가장 근본적인 법칙 중 하나입니다. 오늘은 엔트로피와 열역학 제2법칙, 시간의 방향성을 결정하는 원리에 대해서 살펴보겠습니다. 무질서도가 증가하는 방향으로만 시간이 흐른다물리학의 대부분 법칙은 시간에 대해 대칭적입니다. 뉴턴의 운동 방정식이나 맥스웰의 전자기 방정식을 시간을 거꾸로 돌려도 여전히 성립합니다. 당구공 충돌을 녹화한 영상을 거꾸로 재생해도 물리 법칙에 위배되지 않습니다. 하지만 우리의 일상 경험은 명백히 시간의 방향성을 가집니다. 컵이 떨어져 깨지는 것.. 2025. 12. 21.
슈뢰딩거의 고양이, 양자 중첩 상태의 역설 슈뢰딩거의 고양이는 양자역학에서 가장 유명하면서도 가장 논쟁적인 사고실험입니다. 에르빈 슈뢰딩거가 1935년 제안한 이 역설은 미시세계의 양자 중첩이 거시세계로 확장될 때 발생하는 모순을 극적으로 보여주며, 측정 문제와 양자역학의 해석을 둘러싼 근본적인 질문을 던집니다. 오늘은 슈뢰딩거의 고양이, 양자 중첩 상태의 역설에 대해서 살펴보겠습니다. 코펜하겐 해석에 대한 슈뢰딩거의 도발1920년대 중반 양자역학이 완성되면서 닐스 보어와 베르너 하이젠베르크를 중심으로 한 코펜하겐 해석이 주류가 되었습니다. 이 해석에 따르면 측정 전까지 입자는 모든 가능한 상태의 중첩에 있고, 측정하는 순간 파동함수가 붕괴하며 하나의 값으로 결정됩니다. 전자는 측정 전까지 여러 위치에 동시에 존재하고, 관측하는 순간 한 곳에서.. 2025. 12. 19.
흑체복사 현상, 양자론의 탄생을 이끌어낸 역사적 순간 19세기 말 물리학자들을 괴롭힌 흑체복사 문제는 고전물리학의 한계를 드러내며 양자역학의 문을 열었습니다. 뜨거운 물체가 내는 빛의 분포를 설명하려던 시도가 실패하자, 막스 플랑크는 에너지가 불연속적으로 존재한다는 혁명적 가정을 도입했고 이것이 현대물리학의 출발점이 되었습니다. 오늘은 흑체복사 현상, 양자론의 탄생을 이끌어낸 역사적 순간에 대해서 살펴보겠습니다. 자외선 파국이라는 고전물리학의 치명적 모순흑체는 모든 파장의 전자기파를 완전히 흡수하는 이상적인 물체입니다. 실제로는 내부가 빈 구에 작은 구멍을 뚫은 형태로 근사할 수 있습니다. 구멍으로 들어간 빛은 내부에서 여러 번 반사되며 거의 흡수되고 빠져나오지 못하기 때문입니다. 키르히호프는 1859년 흑체가 온도에만 의존하는 특정한 스펙트럼으로 복사를.. 2025. 12. 18.
상대성이론, 시간과 공간에 대한 인류의 이해를 근본부터 뒤바꾼 과정 아인슈타인의 상대성이론은 시간과 공간이 절대적이고 독립적이라는 수천 년간의 믿음을 무너뜨렸습니다. 특수상대성이론은 빠르게 움직이는 물체의 시간이 느려지고 길이가 수축된다는 것을 보여주었고, 일반상대성이론은 중력이 시공간의 휘어짐이라는 혁명적 개념을 제시했습니다. 오늘은 상대성이론, 시간과 공간에 대한 인류의 이해를 근본부터 뒤바꾼 과정에 대해서 살펴보겠습니다. 절대시간과 절대공간이 무너진 1905년뉴턴 이래 시간과 공간은 우주의 무대처럼 존재한다고 여겨졌습니다. 시간은 모든 곳에서 똑같이 흐르고 공간은 변하지 않는 고정된 배경이었습니다. 이것이 절대시공간 개념입니다. 하지만 19세기 말 이상한 문제가 발견되었습니다. 맥스웰 전자기 방정식에 따르면 빛의 속도는 항상 일정한데, 이것이 갈릴레이 변환과 모순.. 2025. 12. 17.
빛의 이중성, 파동과 입자라는 두 얼굴의 공존 빛은 인류가 가장 오랫동안 연구해온 자연 현상이지만 그 본질을 이해하는 데는 수천 년이 걸렸습니다. 17세기부터 20세기 초까지 빛이 파동인지 입자인지를 둘러싼 논쟁이 이어졌고, 놀랍게도 답은 둘 다라는 것이었습니다. 빛의 이중성은 양자역학의 핵심 개념이 되었고 현대 물리학의 토대를 이루고 있습니다. 오늘은 빛의 이중성, 파동과 입자라는 두 얼굴의 공존에 대해서 살펴보겠습니다. 빛의 본질을 둘러싼 3세기에 걸친 논쟁17세기 빛의 본질에 대한 두 가지 상반된 이론이 등장했습니다. 아이작 뉴턴은 빛이 미세한 입자의 흐름이라고 주장했습니다. 빛이 직진하고 반사되며 굴절하는 현상을 입자 모델로 설명할 수 있었기 때문입니다. 뉴턴의 권위는 절대적이었고 입자설이 한동안 지배적이었습니다. 반면 크리스티안 하위헌스는.. 2025. 12. 16.
양자역학의 핵심 원리, 불확정성이 우리가 아는 현실을 뒤흔드는 방식 양자역학은 20세기 물리학이 이룬 가장 위대한 성취이자 가장 당혹스러운 이론입니다. 원자보다 작은 세계에서는 우리의 상식이 통하지 않으며, 입자는 동시에 여러 곳에 존재하고, 관측하는 순간 상태가 결정되며, 불확정성이 자연의 근본 법칙으로 자리 잡고 있습니다. 오늘은 양자역학의 핵심 원리, 불확정성이 우리가 아는 현실을 뒤흔드는 방식에 대해서 살펴보겠습니다. 고전물리학이 무너진 자리에서 탄생한 새로운 세계관19세기 말 물리학자들은 자연의 모든 법칙을 거의 완성했다고 생각했습니다. 뉴턴 역학과 맥스웰 전자기학으로 우주의 거의 모든 현상을 설명할 수 있었기 때문입니다. 그러나 몇 가지 설명되지 않는 현상들이 있었고, 이것이 물리학 혁명의 불씨가 되었습니다. 흑체복사 문제가 그 시작이었습니다. 뜨거운 물체가.. 2025. 12. 15.

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