양자물리학이 뭔가요?

시작하는 글

1. 미시 세계
2. 입자의 작은 세계
3. 양자의 별난 점
4. 반물질의 이상한 세계
5. 우주선과 다른 은하계의 이상한 점
6. 특이한 힘: 보이지 않게 밀고 당기는 힘
7. 질량, 중력 그리고 상대성이론
8. 시간에서 일어나는 이상한 현상
9. 블랙홀
10. 화이트홀과 웜홀, 그리고 색다른 별들
11. 이상한 양자 세계

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입자란 무엇이고 어디서 왔을까요?

입자는 우리 몸과 세상, 심지어 우주 공간에 있는 거의 모든 것을 구성하는 작은 물체입니다! ‘소립자(기본 입자)’는 더 이상 분해되지 않는, 존재하는 가장 작은 물체입니다. 다른 입자는 모두 소립자가 결합해서 만들어져요. 원자, 분자(원자가 결합한 것) 또는 아원자 입자(원자보다 작은 입자)가 만들어질 수 있어요. 이를테면 양성자와 중성자가 원자를 구성하는 것처럼요.

그렇다면 입자는 어디서 왔을까요?
모든 것은 약 138억 년 전에 일어난 빅뱅에서 시작되었어요. 그때 우주는 작은 공간에 몰려 있다가 팽창하기 시작했어요. 양성자, 전자, 중성자는 빅뱅이 일어나자마자 바로 생겼어요. 그렇게 입자가 탄생했어요!
그런데 어린 우주는 너무 뜨거워서, 이들 입자는 서로 결합해 원자를 만들 정도로 오랫동안 가만히 있을 수 없었어요. 그렇게 하면 원자가 빨리 쪼개졌어요.
시간이 지나자, 우주가 팽창되면서 차갑게 식었어요.
그러자 가장 단순한 원자인 수소가 만들어졌어요. 이는 130억 년 전에 일어났던 일이죠. 이와 비슷한 많은 원자가 그 이후로 줄곧 우주를 떠다니고 있어요.

그때부터 다른 원자들은 주로 별 안쪽 깊은 곳에서 만들어져서 우주로 흘러나왔어요. 우리 몸에 있는 원자의 약 3분의 2는 빅뱅 때 만들어졌고, 나머지는 별 안에서 일어난 핵반응으로 만들어졌어요. 수소와 헬륨 같은 작은 원자는 별 중심에서 결합해 탄소, 질소, 산소와 같은 더 큰 원자를 만들었어요. 이때 에너지가 나와서 별이 빛나요.
별이 수명을 다할 때쯤에 화학물질이 다시 우주로 나와요. 때로는 초신성이란 별 폭발로 내보내지기도 하죠. 마침내 더 무거운 원자가 중력으로 한데 뭉쳐서 새로운 별과 행성을 만들어요. 이렇게 태양과 지구가 생겼고, 우리 몸을 구성하는 원자들이 우주에서 모였어요.
그러니까, 여러분이 별이 불타고 우주가 폭발한 뒤에 남은 물질이란 사실을 이제 알겠죠!