Transcript 2. 우주의 탄생과 원자의 형성

I. 우주의 기원과 진화
I-1. 우주의 기원
2. 우주의 탄생과 원자의 형성
I-1. 우주의 기원
2. 우주의 탄생과 원자의 형성
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대폭발 우주론으로부터 물질을 이루는 기본 입자와 원자의 형성 과정을 이해한다.
수소와 헬륨의 질량비로부터 대폭발 우주론의 타당성을 이해한다.
우주 배경 복사가 대폭발 우주론의 증거임을 이해한다.
대폭발 우주론
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우주가 팽창한다는 허블의 발견으로 과거에 우주의 크기는 더 작았을 것
이라는 생각을 하게 되었다.
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가모(1948)는 초고온, 초고밀도의 한 점에서 폭발하여 우주가 시작되었
다는 대폭발 우주론을 주장하였다.
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우주 탄생 이후 팽창하는 동안 온도가 내려갔고, 이 과정에서 우주를 이
루는 물질이 생성되었다.
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물질의 생성
대폭발 후 최초의 3분 동안 우주의 물질이 생성되었다.
대폭발
기본 입자
의 생성
양성자와 중성
자의 생성
우주가 팽창하면서 온도가 감소함.
헬륨 원자
핵의 생성
원자의 생성
I-1. 우주의 기원
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기본 입자의 생성
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폭발에서 생겨난 물질로부터 기본 입자가 생성됨
기본 입자 : 물질을 이루는 더 이상 분해할 수 없는 입자
6개의 쿼크와 6개의 경입자로 밝혀짐
대표적인 기본 입자
구분
쿼크
경입자
(렙톤)
이름
기호
전하량
위 쿼크
u
2/3
아래 쿼크
d
-1/3
전자
e
-1
전자
뉴트리노
υe
0
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양성자와 중성자의 생성
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기본 입자로부터 생성되었다.
위 쿼크와 아래 쿼크로 이루어졌다.
양성자와 중성자의 구성
구분
양성자
중성자
질량
전자의 1836배
전자의 1839배
전하량
2/3 + 2/3 + (-1/3) = +1
2/3 + (-1/3) + (-1/3) = 0
구성
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헬륨 원자핵의 형성
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양성자와 중성자 생성 이후 중수소 원자핵 생성
대폭발 후 3분 경 중수소 원자핵으로부터 헬륨 원자핵 형성
수소 원자핵과 헬륨 원자핵의 질량비
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헬륨 원자핵의 생성되었을 때 수소와 헬륨의 질량비가 3:1이 된다.
I-1. 우주의 기원
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원자의 생성
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대폭발 후 약 38만 년 경 우주의 온도가 3000 K가 되었을 때
전자가 원자핵과 결합하여 수소 원자와 헬륨 원자가 생성
투명해진 우주
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원자가 생성되면서 빛이 직진하면서 우주가 투명해졌다.
우주 배경 복사선이 방출되었다.
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스펙트럼을 이용한 원소 분석
 스펙트럼의 종류
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연속 스펙트럼 : 백열등과 같은 고온의 물체에 의해 방출되는 빛
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흡수 스펙트럼 : 고온의 물체 앞에 저온의 기체가 있는 경우
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선 스펙트럼 : 고온의 기체에 의해 방출되는 빛
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스펙트럼을 이용한 원소 분석

각 원소마다 선 스펙트럼의 위치가 다르다.
스펙트럼선의 위치를 분석하여 원소의 종류를 알 수 있다.
스펙트럼을 원소의 지문이라고 한다.
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선 스펙트럼의 생성 원리
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원자핵 주위의 전자가 갖는 에너지 상태는 불연속적이다.
→ 전자의 에너지 상태가 양자화되어 있음.
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전자가 빛을 흡수 또는 방출할 때 특정한 양(파장)의 에너지가
출입한다.
→ 스펙트럼의 특정 위치에서 흡수선 또는 방출선이 나타남.
I-1. 우주의 기원
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수소와 헬륨의 질량비
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헬륨 원자핵의 생성되었을 때 수소와 헬륨의 질량비가 3:1이 됨.
스펙트럼 분석 결과 실제 우주에 분포하는 물질의 구성비와 일치함.
가모와 주장했던 비율과 일치 → 대폭발 우주론을 지지하는 증거
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우주 배경 복사
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1964년에 펜지어스와 윌슨이 처음 발견했다.
2.7 K의 물체가 방출하는 에너지 분포이다.
우주의 모든 방향에서 관측된다.
미세한 분포의 차이 → 물질 분포의 차이, 별의 생성을 설명한다.
위성 COBE의 관측
위성 WMAP의 관측
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대폭발 우주론의 증거
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우주 배경 복사는 대폭발 후 38만 년 경, 3000 K의 우주에서 방출된
빛이다.
우주의 팽창으로 도플러 효과에 의해 파장이 점차 길어졌다.
우주 배경 복사는 가모가 예측한 것. →
대폭발 우주론을 지지하는 증거
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우주의 탄생과 진화
I-1. 우주의 기원
확인하기
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우주에서 가장 먼저 생성된 원자는 무엇인가?
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백열등에서 방출되는 스펙트럼의 종류는 무엇인가?
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우주 배경 복사의 검출로부터 알아낸 사실은 무엇인지 서
술해 보자.
대폭발 우주론에서 우주가 생성될 때 수소와 헬륨, 약간의
리튬 원자핵 이외에 더 무거운 원자핵을 형성하지 못한 이
유를 말해 보자.