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햇빛은 당신의 생각보다 나이가 많습니다 - 스텐 오덴왈드

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    당신은 빛이 태양의 표면으로부터
    우리에게 도달하는 데에
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    단 8분이라는 시간이 걸린다는 것을
    알고 있을 것 입니다.
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    그럼 빛이 태양의 중심에서 표면까지
    여행하는 데에는
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    얼마나 걸린다고 생각하시나요?
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    기껏해야 몇초 또는 몇분?
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    정말 이상하게도,
    답은 수천년입니다.
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    이유는 이렇습니다.
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    광자는 태양의 핵의 깊은 곳에서
    핵반응으로 생성됩니다.
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    광자들은 핵에서부터 퍼져나오면서
    물질과 상호작용하고 에너지를 잃으며
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    파장이 더 긴 빛으로 바뀌게 됩니다.
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    핵에서는 감마선으로 시작되었지만
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    표면에 도달해서는 엑스선, 자외선
    또는 가시광선으로 바뀌는 것이지요.
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    그런데 이 여정은 단순하지도
    직행으로 벌어지지도 않습니다.
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    생성된 직후의 광자는 초당
    30십만 킬로미터의 속도로 이동하고
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    그러다가 양성자와 부딪히게 되면
    진행방향을 바꾸게 됩니다.
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    마치 입자에 부딪힌 후 다른 곳으로
    튕겨나가는 총알처럼 움직이지요.
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    광자가 각각의 충돌 이후에 핵으로부터
    얼마나 이동하는지에 대한 문제는
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    일종의 무작위적인 문제라고
    할 수 있습니다.
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    다음과 같은 공식을 통해서
    이 문제의 답을 구할 수 있습니다.
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    그 계산식은 거리는 스텝의 크기 곱하기
    스텝 수의 제곱근입니다.
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    예를 들면 당신이 초당 1미터 걸음으로
    당신의 집에서부터 무작위로 걷는다면
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    단지 1킬로미터를 여행하기 위해서
    백만 걸음, 총 11일이 걸리게 되는 것이지요.
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    그러면 태양의 핵에서 생산된 광자가
    당신에게 가는데에는 얼마나 걸릴까요?
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    우리는 이미 태양의 질량을 알고있으니
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    이를 이용해 태양속에 존재하는
    양성자의 수를 계산 할 수 있습니다.
  • 1:53 - 1:58
    일단 태양내의 모든 양성자가
    균등하게 퍼져있다고 가정해 봅시다.
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    그렇다면 각 양성자사이의 거리는
    1.0x10^-10 미터가 되겠군요.
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    그렇다면 핵으로부터 표면까지의 거리인
    6십9만 킬로미터의 무작위 움직임은
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    3.9x10^37스텝이 될 것이고
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    시간상으로는 4천억년이라는
    계산이 나오네요.
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    흠 그럴리는 없겠지요.
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    태양의 나이는 46억년 밖에 안됩니다.
    그럼 무엇이 잘못되었을까요?
  • 2:29 - 2:30
    이 계산에는 두 가지 문제가 있습니다.
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    먼저 사실 태양의 밀도는
    균일하지도 않다는 문제와
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    광자들이 모든 양성자와
    충돌하는 것이 아니라는 것이지요.
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    실제로 광자가 가진 에너지는
    이동 중에 계속 변화하며
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    이는 광자가 얼마나 많은 양성자들과
    충돌할지에 영향을 줍니다.
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    밀도 문제를 살펴보자면
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    우리가 알고있는 태양은
    그 중심에 핵이 존재하고 있으며
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    바로 이곳에서 융합반응이 일어납니다.
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    그 주위를 복사층이 둘러 싸고 있으며
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    그 이후부터 표면까지는
    대류층이 존재하고 있습니다.
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    핵을 구성하고 있는 물질은
    납보다 훨씬 밀도가 높은 반면에
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    핵에서부터 표면으로 갈 수록
    밀도는 몇백만배까지 낮아지게 됩니다.
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    광자의 에너지량에 대한 문제도
    한 번 살펴봅시다.
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    적은 에너지를 지닌 광자에 비해
    양성자는 상당히 큰편이고
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    이 때문에 광자가 양성자에
    부딪혀 튕겨나올 확률이 더 커지고
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    큰 에너지를 지닌 광자의 경우에는
    비교적 양자의 크기가 작게 되고
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    그때는 광자가 튕길 확률이 줄어 듭니다.
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    핵에서 출발 할 때의 광자는
    최종적으로 표면에 도달한 광자에 비해
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    에너지량이 매우 높습니다.
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    이제 우리는 컴퓨터를 이용하여
    매우 정교한 태양의 내부모형에
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    이런 다양한 변수들을 대입하여
    랜덤워크방정식을 계산 할 수 있습니다.
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    그 결과 17만년이라는 값이 나왔지요.
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    앞으로 나올 더 많은 발견들이
    이 수치를 또 바꾸어 놓을지 모르지만
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    현재로서 우리가 알 수 있는 것은
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    오늘날 당신의 눈에 비치는 빛은
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    태양 표면까지 나오는 데에만
    17만년이 걸렸다는 것과
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    나머지 우주에서는 고작 8분만이
    걸렸다는 사실 입니다.
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    그러니까 그 빛은 두 빙하기 전인
    인간이 처음 옷을 입었을 때 즈음
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    여행을 시작했다고 할 수 있겠네요.
Title:
햇빛은 당신의 생각보다 나이가 많습니다 - 스텐 오덴왈드
Description:

전체 강의보기: http://ed.ted.com/lessons/sunlight-is-way-older-than-you-think-sten-odenwald

태양 표면에서부터 출발한 빛이 지구까지 도달하는데에는 단 8분 밖에 걸리지 않습니다. 하지만 태양의 핵에서부터 출발한 빛이 태양의 표면까지 도달하는데에는 얼마나 걸릴까요? 예상외로 답은 수천년입니다. 스텐 오덴왈드는 랜덤워크이론을 이용하여 이 현상을 설명해 줍니다.

강의: 스텐 오덴왈드
영상: TOTEM Studio
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Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed

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