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진공상태를 만들 수 있을까?

Breaking Science

by Stupid Genius 2021. 5. 5. 16:14

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진공상태란 아무것도 존재하지 않는 상태로, 원자같이 작은 물질의 스케일에서도 "무"의 공간을 말해요.

 

즉, 아무것도 없다는 것이죠.

 

일상생활에서 진공이라고 하면 기껏해야 진공청소기 정도밖에 없지만, 사실 진공은 과학을 배우는 사람이 아니라면 그 정도만 알아도 될 정도로 심오한 개념이에요.

 

이해를 돕기 위해 진공을 만드는 사고실험을 한번 해봅시다.

 

먼저 여러분이 있는 방에 모든 물건을 버린다고 생각해 봐요.

 

그다음 방에 있는 벽지, 방바닥, 창문을 다 떼고 콘크리트의 상태로 돌아갔다고 합시다.

 

자 이제 여기서 방 천장에 진공펌프를 달고 공기를 전부 뺀다고 생각해 봅시다.

 

이게 진공일까요?

 

아니에요, 왜냐면 콘크리트 벽은 자체적으로 붕괴하기 때문에 조금씩 물질을 내보내요.

 

즉, 시간이 지날수록 콘크리트에서 나온 원자들이 방 안을 메꾼다는 거죠.

 

그래서 콘크리트 벽을 우리는 스테인리스 스틸, 즉 강철 합금으로 바꿀 거예요.

 

강철 합금은 가공된 철로 녹슬지 않고 붕괴하지 않아요.

 

이렇게 하고 한 번 더 진공펌프를 사용하면 거의 진공상태가 돼요.

 

여기서는 우주복을 입지 않으면 우리 몸에 구멍이란 구멍으로 물이 빠질 것이고 산소통이 없으면 숨을 못 쉴 거예요.

 

이게 진공상태에요.

 

즉, 진공청소기는 청소기 내부에 이러한 상태를 만들어 이물질을 빨아들이는 거죠.

 

그리고 지금 이 상상은 실제 LHC라는 입자가속기가 만들어지는 원리에요.

 

하지만 여기서 중요한 건, 이것 또한 "완벽한 진공"은 아니라는 거예요.

 

완벽한 진공, 즉 아무런 입자도 존재하지 않는 것 (광자, 뮤 온등까지 포함해서)은 사실상 불가능하거나 밝혀지지 않았어요.

 

양자역학을 사용해 quantum field에 대해 생각하면 더욱 말이 안 되죠.

 

그래서 아직까지 완벽한 진공은 없기에 그냥 단위 부피당 입자수가 0에 가깝다면, 진공으로 타협하고 있어요.

 

결론은 완벽한 진공상태는 만들 수 없다, 하지만 그에 근접한 진공상태는 가능하고 우리의 실생활에서도 찾아볼 수 있을 만큼 활용도가 높다.

 

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