E=mc2 독후감

소개글

E=mc2 독후감에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 도서 내용
2. 도서에 대한 독후감
3. 상대성이론의 현대적인 응용에 대해 조사하여 요약하라.

본문내용

보았는데 질량이 같지 않았다. 질량의 일부가 빛으로 방출된 것이다. 사라진 질량과 방출된 에너지의 관계를 식으로 나타내면 E=mc²이 된다. 여기서 c는 빛의 속도다. 그러므로 아주 적은 질량이라도 그것이 에너지로 바뀌면 엄청난 양이 된다는 것을 알 수 있다. E=mc²식은 원자력 에너지를 엄청난 힘을 알려주었다. 우리나라에서 쓰이는 전기의 약 40%는 원자력발전소에서 나온다. 만일 1g 우라늄이 핵반응으로 손실돼 에너지로 바뀐다면 매달 300와트 정도를 소비하는 30만 가구가 1년 동안 쓸 수 있는 무지막지한 양이 된다. 또한 이 공식은 일본에 떨어진 원자폭탄을 만드는 아이디어가 되었다. 당시 원자폭탄은 사용된 우라늄 질량의 1%만이 에너지로 변한 것이었다. 핵융합 에너지도 이 공식을 이용한 것이다. 태양은 자연적인 핵융합 발전소라 할 수 있다. 태양 내부에서 에너지가 만들어지는 반응은 실제로 복잡하지만, 그 반응을 단순하게 나타내면 4개의 수소 원자핵이 융합하여 1개의 헬륨 원자핵을 만드는 것이다. 이때 사라진 질량으로 어마어마한 에너지를 얻는다. 만일 핵융합 기술이 더욱 발전하여 어떤 물질이 100% 에너지로 바뀔 수 있다면 인류는 꿈의 에너지를 얻게 될 것이다.
⑶ TV, 태양전지, 도난경보기, 자동문 (특수상대성 연구를 위해 빛 연구 과정에서 발견)
빛의 양자론이 1900년에 발표되었다. 독일의 물리학자 막스 플랑크는 빛은 에너지 덩어리로 되어있다고 했다. 사람들은 빛은 계속 흐르는 에너지라고 생각했는데 플랑크는 빛이 띄엄띄엄 존재하는 에너지 알갱이, 즉 양자라고 했다. 아인슈타인은 플랑크의 양자 개념에 주목했다. 빛이 파동이라는 믿음은 또 하나의 현상을 설명하는 데 걸림돌이 되고 있었기 때문이다. 즉 광전효과에 관한 것이다. 광전효과는 금속 표면에 자외선을 쪼이면 금속에 흐르고 있던 전자가 튀어나오는 현상이다. 다시 말해 전류가 흐르는 것이다. 빛을 파동설로 해석하면 어떤 빛을 쬐든 전자가 튀어나와야 한다. 하지만 실제로 관찰하면 아무리 강한 빛을 쬐더라도 튀어나오지 않던 전자가 자외선은 약하게 쬐어도 튀어나온다. 아인슈타인은 빛을 연속되는 에너지 입자로 주장했다. 진동수에 비례하는 에너지 입자, 즉 광자라는 개념을 도입한 것이다. 전자를 튀어나오게 하는 것은 광자의 진동수, 즉 빛의 세기에 달린 문제라는 해석은 광전효과를 깔끔하게 설명했다. 빛은 파장이 다른 전자기파들로 이루어져 있어서 파장의 길이가 다르면 광자의 진동수도 달라진다. 즉 적외선은 자외선보다 진동수가 낮고 따라서 에너지가 작기 때문에 전자를 방출시킬 수 없지만 자외선은 적외선보다 진동수가 높아 에너지가 크기 때문에 강도가 약해도 전자를 방출시킬 수 있는 것이다. 그런데 여기에도 문제가 하나 있었다. 광자의 성질로 광전효과를 설명할 수는 있었지만 파동론이 설명하는 빛의 회절과 간섭 현상을 설명할 수 없었다. 빛이 입자와 파동의 이중성을 가지고 있다는 것은 1924년 프랑스 물리학자 루이 드브로이에 의해 해결되었다. 어떻게 하나의 물질이 두 가지의 성질을 가질 수 있는 걸까? 아인슈타인은 평생 이 문제를 풀었지만 빛이 입자이면서 어떻게 파동의 성질을 가질 수 있는지를 설명하지 못했다. 다만 광양자 개념을 제시해 20세기 양자론이 발전하는 데 큰 역할을 했다. 아인슈타인에 의해 시작된 광자론은 광양자 가설로 이어져 양자론을 꽃피웠고 수많은 발명품을 태어나게 하는 데 밑거름이 됐다. 텔레비전, 태양전지, 도난경보기, 자동문 등은 빛이 전기로 전환되는 광전효과를 이용한 것이다.
⑷ 레이저 (특수상대성 연구를 위해 빛 연구 과정에서 발견)
아인슈타인은 1917년에는 ‘방사의 양자역학 이론에 대하여‘ 라는 논문을 발표하여 레이저의 원리를 유도했다. 레이저는 오늘날 너무 많은 곳에 사용되고 있다. 많은 상가에서 물건을 계산할 때 바코드를 읽어 들이는 장치, 광통신과 홀로그래피, 음악을 들을 수 있는 CD와 영화가 저장된 DVD 등도 모두 레이저를 이용해 정보를 읽는다. 그 밖에도 트랜지스터, 전자현미경, 컴퓨터와 광전지 등도 모두 아인슈타인의 이론들을 응용한 제품들이다. 아인슈타인의 빛 연구가 오늘날 인류에 얼마나 많은 편리함을 가져다주었는지는 상상을 초월한다. 특수상대성 이론을 만들기 위해 적용했던 빛 연구가 이렇듯 엄청난 일들을 해낸 것이다. 현재 NASA 에서 LISA와 LIGO에 의하여 우주의 중력파를 측정하려는 노력이 진행되고 있으며, 다른 나라의 물리학자, 천문물리과학자들이 3차원 우주지도 작성 및 태양계 비슷한 외계행성들을 발견하고 있다. 이러한 노력은 아인슈타인의 업적에 의한 문제들을 풀려는 데 있다.
⑸ 스핀트로닉스 기술 (차세대 전자회로)
일본 도쿄대학의 연구진은 빛에 의해 조절되는 전자의 스핀이 차세대 전자회로 개발에 획기적인 기여를 할 수 있을 것이라고 'Physical Review Letters'에 보고했다. 연구진은 고체의 양자역학적 물리양인 스핀을 새로운 레이저 기술을 이용하여 제어할 수 있는 방법을 제안했다. 이 연구는 에너지 효율적인 방법으로 전자의 스핀을 조절하는데 있어서 어려웠던 문제를 해결하는데 핵심적인 실마리를 제공했다. 입자의 스핀은 작은 자석처럼 자기장과 상호 작용한다고 이 논문의 주저자인 Ali Najmaie는 언급했다. 어떻게 전자의 운동을 정렬하고 분류하여 원하는 스핀전류를 생성할 수 있는지가 이 기술을 실용적으로 사용하는데 있어서 가장 문제가 된다. Najmaie와 연구진은 이 기술이 물질과 상호 작용하여 색깔이 바뀌는 빛의 충돌을 이용하는 것으로서, 스핀에 따른 전자를 분류해 내는 데 사용할 수 있을 것이라고 말했다. 이 기술은 아인슈타인의 특수 상대성이론, 양자 역학, 그리고 자연의 대칭성과 같은 물리 이론을 적용하여 개발한 것이다. 연구진 중 한 명인 Sherman은 이들이 개발한 기술이 특수 상대성이론이 나온 지 100년 후인 현재도 아인슈타인의 이론이 실질적으로 이용될 수 있다는 것을 보여주는 좋은 보기라고 설명했다. 장차 현재의 셀폰이나 하드디스크가 전자의 스핀에 기반한 스핀트로닉스 기술로 대체될 수 있을 것이라고 연구진은 내다보고 있다.

키워드

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