(미시세계 깊은 곳에서 우주의 진실을 포착하는 입자물리학의 간략한 역사)

더 작은 입자를 발견할 때마다 우리는 만물의 본질에 한 걸음 더 다가간다 | CERN의 일선 전문가이자 힉스 보손 연구팀의 일원이 집필, "New Scientist" 잡지와 미국 도서관협회

편집자의 선택

★CERN의 일선 전문가와 힉스 보존 연구팀의 일원이 입자물리학의 개발 과정과 실험적 비밀을 설명하는 글입니다.
대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider) 시설을 이용할 수 있는 세계에서 몇 안 되는 과학자 중 한 명인 Ifo van Valpen은 입자 물리학 분야의 최고 전문가입니다. 이 책에서 그는 지난 세기 동안 입자 물리학의 주요 발견을 자세히 설명하고 신비한 세계 지하 100m, 길이 27km에 묻혀 있는 대형 강입자 충돌기인 '기계의 왕'은 입자물리학의 최전선에 서 있습니다.

★입자물리학의 발전사를 연결하고 노벨상 수상 거장들과 함께 탐구해보세요.
불타는 태양, 핵폭탄 폭발, 의료용 스캐닝 영상, 청정 에너지 공급... 작은 입자는 인류 역사에 큰 영향을 미칩니다. 원자의 구성부터 소립자의 구성, 표준모형까지, 아인슈타인, 플랑크, 파인만, 힉스 등 노벨상 수상 거장들과 함께 세상의 본질을 더 깊고 작게 탐구해 보세요.

★더 작은 입자를 발견할 때마다 우리는 만물의 본질에 한 걸음 더 다가가게 됩니다.
'신의 입자' 힉스 보존의 발견은 우주의 궁극적인 진리에 한 걸음 더 다가선 것이며, 물질의 종말을 탐구하는 데 있어서 큰 도약이다. 발견의 길로 접어들었습니다. 그 후, 입자물리학의 미래가 어디로 향할 것인지에 대해서도 저자는 자신만의 답을 제시할 것이다.

★"과학 초보자"도 읽기 쉬운 이야기와 엄밀한 과학의 영리한 균형
기본 입자는 레고의 가장 작은 빌딩 블록에 해당하며, 새로운 입자를 찾는 과학자는 현장 탐험가와 같습니다. 이 책에 담긴 간단한 언어와 적절한 비유를 통해 일반 독자는 입자 물리학의 미묘함을 이해할 수 있습니다.

간략한 소개

물질의 출처를 추적하는 방법은 무엇입니까? 이 책에서 네덜란드 물리학자 이포 반 발펜(Ifo van Valpen)은 원자의 구조를 구상하는 것부터 표준 모델, 힉스 보손을 구성하는 것까지 더 깊고, 더 작고, 더 먼 여행으로 우리를 초대합니다. 모든 것의 궁극적인 진실에 한 걸음 더 다가가게 해줍니다. 불타는 태양과 핵폭탄 폭발부터 의료 영상 및 청정 에너지 공급에 이르기까지 작은 입자가 세상을 형성합니다. 마지막으로 지하 깊은 곳에 묻혀 있는 27㎞ 길이의 대형 강입자 충돌기인 '기계의 왕'에 다가가 입자 충돌의 기적을 목격하고, 새로운 입자와 미래에 나타날 수도 있는 새로운 현상을 상상하며 입자에 대해 생각해본다. 세상이 인류에게 가져다 주는 미래의 깨달음.

저자 소개

[네덜란드] 이보 반 불펜
네덜란드 국립 아원자 물리학 연구소의 입자 물리학자이자 암스테르담 대학의 물리학 강사입니다. CERN에서 그는 대형 강입자 충돌기 시설에 접근할 수 있는 몇 안 되는 물리학자 중 한 명으로 ATLAS 실험에 참여했으며, "신의 입자"인 힉스 보존의 발견과 연구에 참여했습니다.

목차

머리말
제1장 게임규칙
2장 원자혁명
3장 표준모형의 입자
4장 표준모형의 힘
제5장 힉스 보존의 발견
제6장: 미지의 땅, 미지의 여행
감사의 말

머리말

"우주가 존재한다고 당연하게 여기지 마세요. 아마도 우주가 없을 것이기 때문입니다." 이 이상하고 난해한 진술은 심오한 철학적 성찰의 시작처럼 들리거나, 재치들이 경쟁하는 칵테일 파티의 서문처럼 들립니다. ... 실제로 이 문장은 물리학자 폴 드 용(Paul de Jong)이 암스테르담 대학 정교수 시절 취임사에서 한 말이다. 그의 연설에서 그는 존재는 왜 존재하는가라는 궁극적인 질문에 답했습니다. 단순해 보이는 이 질문은 사실 매우 심오하지만 '왜'만 생각하면 큰 진전이 없습니다. 우주와 같은 무언가가 존재한다고 가정하면, 이러한 것들이 어떻게 생겼는지에 주의를 기울이고 이 이상한 우리 세계에서 모든 것이 어떻게 작동하는지에 대한 법칙을 알아내려고 노력하는 등 보다 실용적인 관점에서 생각해 볼 수 있습니다. .
물론 전기가 어떻게 생산되는지, 물은 왜 투명하지만 돌은 투명하지 않은지, 태양이 에너지를 어디서 얻는지, 우주가 존재하는지에 대해 걱정하지 않고 100세까지 살 수 있습니다. 처음으로 (종종 우연히) "왜"라고 자문할 때에만 당연하거나 사소하게 여겨지는 주변 사물에 대해 자신이 얼마나 아는 것이 없는지 발견할 수 있습니다. 마우스를 움직이는 것만으로도 온라인에서 많은 질문에 대한 답변을 찾을 수 있지만, 여전히 답변되지 않은 질문이 많이 있습니다. 자연은 약간의 노력 없이는 가장 깊은 비밀을 당신에게 드러내지 않을 것입니다. 나와 같은 여러 세대의 물리학자들은 이러한 미스터리를 하나씩 풀어나가는 데 일생을 바쳤습니다. 우리 주변에서 관찰되는 현상을 주의 깊게 연구하고 기술함으로써 우리는 우리의 행동을 이끄는 패턴과 자연의 기본 규칙을 점차적으로 식별하려고 노력합니다. 왜냐하면 이러한 패턴만이 근본적인 문제를 설명할 수 있기 때문입니다.
모든 것이 어떻게 작동합니까? 왜 이런 식으로 작동합니까? 지식을 확장하려면 미지의 영역을 탐험해야 합니다. 어떤 분야에서든 경계를 넓히는 것은 거부할 수 없을 만큼 매력적입니다. 사람들은 계속해서 스포츠 기록을 깨고 자연의 한계를 극복하며 그 획기적인 모험가들을 기억합니다. 짐 하인즈(Jim Hines)는 100미터 달리기에서 10초 미만으로 달린 최초의 운동선수였고, 에드먼드 힐러리(Edmund Hillary)와 텐징 노르게이(Tenzing Norgay)는 1953년에 에베레스트 산에 올라 처음으로 세계 정상에 올랐으며, 자크(Jacques)는 1960년에 피카르(Piccard)가 1960년에 세계 최고 기록을 세웠습니다. 인간이 해저를 가장 깊게 탐사하여 마리아나 해구에서 10,000m 이상의 깊이까지 잠수했습니다. 1911년 로알 아문센이 남극에 도달한 최초의 사람이 되었습니다. 1969년 닐 암스트롱이 남극에 발을 디딘 최초의 사람이 되었습니다. 달. 이들은 인간의 상상력의 한계를 확장한 불멸의 영웅들이다. 현실 세계든 정신 세계든 그들은 우리의 세계를 확장했고, 우리는 다음 도전을 향해 그들의 발자취를 계속 따라가고 있습니다.
이들 개척자들은 최초가 되고 싶어하며, 가장 빠르고 최선을 다하기를 원하며, 과학자들도 예외는 아닙니다. 그들은 평범한 사람들이 달성할 수 없는 경계를 확인하고 목표를 설정하기를 원합니다. 그들은 또한 전임자들이 수년 동안 고민했던 질문에 가장 먼저 답하기를 열망하고 있습니다. 그들 앞에는 고대부터 현대에 이르기까지 '왜'라는 궁극적이고 이해하기 어려운 질문을 해결하기 위해 평생을 바친 수많은 학자들이 있습니다.
우리는 모험과 진보를 “더 크게”, “더 좋게”, “더 멀리”와 연관시키는 반면, 일부 과학자들은 다른 극단, 즉 작고, 작으며, 최소한의 것을 탐구하고 있습니다. 아이들이 단순한 탑이나 성에서부터 거대한 우주선이나 놀라운 세계에 이르기까지 LEGO 브릭으로 놀라운 구조물을 만들 수 있다는 사실은 비밀이 아닙니다. 하지만 어떤 모양으로 조립하든 모든 것은 작은 블록에서 시작됩니다. 자연에서도 우리는 같은 패턴을 발견합니다. 별부터 인간, 물방울부터 바이러스까지 우리 주변의 모든 복잡한 물체는 동일한 작은 구조 단위로 구성됩니다. 자연을 구성하는 기본 입자를 연구하는 과학자를 입자물리학자라고 합니다. 이러한 입자가 우리 일상생활을 구성하는 복잡한 과정을 연구하기 위해서입니다. 이것은 나선형 계단을 내려가며 우주의 신비를 한걸음 한걸음 더 깊이 파고드는 모험이자 스릴 넘치는 발견의 여정입니다.
이 책은 끊임없이 과학을 탐구하는 과학자들의 이야기를 담고 있습니다. 수백년 동안 그들은 자연의 가장 작은 구조 단위와 그 내부 구성을 추구해 왔습니다. 이 탐구는 때때로 질문하고, 질문에 답하고, 새로운 질문을 하는 끝없는 순환처럼 느껴질 수 있습니다. 물론 우리는 실제로 끊임없이 최종 답에 가까워지고 있지만 지금까지 자연에 대한 우리의 이해에는 또 다른 인상적인 발견이 있습니다. 즉, 우주와 그 법칙은 매우 미친 것입니다.
수백년 동안 고고학자들이 땅속 깊이 파고들었던 것처럼 우리도 나선형 계단을 따라 천천히 내려가고 있다. 모든 새로운 발견은 마치 신대륙을 발견하는 것과 같으며 풍부한 지식과 폭넓은 비전을 제공하고 자연에 대한 혁명적인 이해와 고대 질문에 대한 새로운 답을 제공합니다. 그러나 새로운 발견은 새로운 질문을 불러일으키기도 하고, 더 깊은 비밀이 발견되기도 하고, 새로운 희망과 꿈이 생기기도 하지만, 우리가 아직 끝이 아니라는 것은 분명합니다.
이 책에서 나는 여러분을 이 나선형 계단을 따라 내가 사랑하는 입자물리학의 세계로 한걸음 한걸음 안내할 것입니다. 하지만 우리는 조심해야 합니다. 왜냐하면 이것은 육안으로 볼 수 없는 세계이고, 겉보기에 마술적인 행동과 양자역학, 상대성 이론, 입자 가속기와 같은 과학 도구에 의해 통제되기 때문입니다. 물리학을 이해하지 못하는 사람들에게는 이 용어들이 거창하게 들릴지 모르지만, 아직 포기하지는 마세요. 신문에 실린 새로운 발견이 궁금하신 분들을 위해 이 책을 썼습니다. 우리가 자연의 나선형 계단을 내려오면서 우리가 그 길에서 발견한 것뿐만 아니라 각 단계를 어떻게 이루었는지, 그리고 그 발견이 사회를 어떻게 변화시켰는지 보여드리겠습니다.
고생물학자들이 공룡을 본 적이 없고 앞으로도 누구도 볼 수 없을지라도, 공룡 뼈와 기타 유적을 조사함으로써 우리는 거의 1억년 전에 사라진 세계에 대해 배울 수 있습니다. 입자 물리학자들도 비슷한 연구를 하고 있으며, 우리가 탐험하는 세계는 공룡이 고생물학자에게 도달할 수 없는 것처럼 인간의 손이 닿지 않는 것처럼 보입니다. 우리가 관심을 갖는 세계는 육안으로 보이는 세계보다 수백만 배 작기 때문에 인간의 눈으로는 직접 볼 수 없기 때문입니다. 하지만 고생물학자들이 느슨한 공룡 뼈를 모아 완전한 뼈대를 이루는 것처럼 입자들 사이의 충돌 잔재를 조심스럽게 통합함으로써 우리는 이 작은 세계를 더 깊이 파고들 수 있습니다.
과학자들이 이러한 질문에 대해 생각하는 새로운 방식을 계속해서 창조함에 따라, 우주의 기초를 이해하려는 끊임없는 탐구는 기술을 계속해서 한계에 이르게 하고 있습니다. 이러한 새로운 발견의 수학적 공식과 더 깊은 의미를 진정으로 이해하는 사람은 거의 없지만, 이 목표를 달성하기 위해 사용된 발명품과 기술은 어디에나 있습니다. 사실, 이러한 것들은 현대 사회 구조의 일부가 되었습니다. 상대성이론이 없으면 GPS(Global Position System)도 없고, 양자역학이 없으면 컴퓨터 칩도 없고, 반물질이 없으면 종양의 위치를 ​​찾는 PET(Positron Emission Tomography) 스캐너도 없고, 입자 가속기도 없을 것입니다. , 발견된 악성 종양에는 방사선을 조사할 수 없습니다.
이 과학 분야는 먼지가 많은 실험실에 외로운 늙은 과학자가 앉아 있다는 일반적인 인상과는 거리가 멀지만, 국가에 관계없이 모든 나라의 과학자들이 함께 일하는 다국적 기업에 가깝습니다. 이 대규모 다국적 연구 기관에서 함께 일하세요. 제네바에 있는 유럽입자물리학연구소(CERN)(유럽핵연구기구, 유럽핵연구센터)가 그런 기관이다. 그것은 연구소일 뿐만 아니라 대규모 사회학적 실험이기도 했다. 서로 다른 의견을 가진 소수의 물리학자들이 함께 일하도록 설득하는 것은 쉽지 않기 때문에, 100개가 넘는 국가에서 온 수천 명의 물리학자들은 말할 것도 없고, 그들의 공통된 꿈 덕분에 더 많은 것을 희망합니다. 우주의 기본 구성 요소에 대해 더 자세히 알아보세요. 그 과거와 미래. 결과적으로, 이 기괴한 물리학자들은 우리 지식의 한계를 성공적으로 확장하고 새로운 비밀을 하나씩 밝혀내기 위해 많은 노력을 기울였습니다.
입자 물리학은 과학자들이 우주가 어떻게 작동하는지에 대한 큰 질문에 대한 답을 갈망하는 모험이며, 이 책은 우리가 얼마나 멀리 왔는지 보여줍니다. 현실의 가장 깊은 층은 우주의 물질이 여러 가지 기본 구성 요소로 구성되어 있음을 보여 주지만 혼란스러운 패턴과 현상에 직면하기도 합니다. 예를 들어, 2012년에 우리는 행성과 별이 살고 있는 진공이 실제로 비어 있는 것이 아니라 신비한 에너지 장으로 가득 차 있다는 것을 발견했습니다. 모든 기본 구성 요소에 질량을 부여하여 태양과 지구와 같은 물체로 합쳐지게 하는 필드입니다. 그러나 아직 불분명한 부분이 많습니다. 기본 입자의 세계에서 우리가 발견하는 신비롭고 틀림없는 패턴을 뒷받침하는 메커니즘은 무엇입니까? 우주 자체의 기원은 무엇입니까? 우리는 이것에 대해 아직 어둠 속에 있습니다. 더 깊은 기초, 답이 없는 질문에 답하는 더 깊은 진실로 이어지는 숨겨진 문이 어딘가에 있을 것입니다. 그런데 그 문은 어디에 있나요? 어떻게 갈 수 있나요? 같이 가서 찾아보자!

언론 논평

★ 힉스 입자의 발견이 현대 물리학의 구원자가 된 이유 - 이것이 이 책의 핵심이다. 이 문제를 가능한 한 간단하고 이해하기 쉽게 설명하는 데 필요한 과제가 있으며 Van Valpen은 숙련된 해설자로서 그 과정에서 일반 독자를 잃지 않도록 항상 구체적이어야 할 필요성을 인식하고 있습니다. ——"네덜란드 인민일보"

온라인 평가판 읽기

나는 자연의 법칙을 분별하고 이론을 구축하는 과학자들의 어려움을 설명하는 훌륭한 은유를 동료로부터 들었습니다. 당신이 방금 지구에 착륙한 외계인이라고 상상해 보세요. 모든 곳에서 당신을 놀라게 하는 이 행성에서 당신이 보는 거의 모든 것은 기회이지만, 당신은 체계적으로 단순한 것부터 시작하기로 결정합니다. 그래서 스스로에게 물어보세요: "지구상의 모든 국가에서 진행되는 축구의 규칙은 무엇입니까?" 대답하기 쉬운 분명한 질문입니다. 하지만 조건이 있습니다. 원하는만큼 많은 게임을 볼 수 있지만 누구와도 이야기하거나 해당 주제에 대한 내용을 읽을 수 없으며 할 수있는 것은 시청뿐입니다. 잠시 시간을 내어 생각해 본 다음, 전체 규칙 목록을 작성하는 데 시간이 얼마나 걸릴지 자문해 보세요.
11명으로 구성된 두 팀이 있다는 것을 금방 알 수 있습니다. 전체 게임은 가장 바깥쪽 흰색 라인 내에서 진행됩니다. 45분 후에 선수들이 방향을 바꿉니다. 게임의 최종 목표는 최대한 많은 공을 차는 것입니다. 상대의 목표. 그런데 그 두 선수는 누구일까요? 양쪽에 하나씩 거의 움직이지 않고 팀원들과 다른 옷을 입고 손으로 공을 만지는 것이 허용됩니다. 깃발을 들고 축구장을 뛰어다니는 저 두 사람이 무엇을 하고 있는지 알아내거나 코너킥, 오프사이드, 교체, 일부 경기가 끝난 후 갑작스러운 연장 근무, 경기장 위의 이상한 라인 및 벌금 등? 모든 규칙을 발견하는 것이 얼마나 어려울지 상상해 보세요. 하지만 그럼에도 불구하고 의욕이 있고 많은 시간을 투자하려는 의지가 있다면 불가능하지 않습니다. 과학자들도 같은 도전에 직면해 있지만 이번에는 경쟁의 장이 우리 자신의 세계입니다. 자연은 자신의 비밀을 '공짜로' 알려주지 않습니다. 주의 깊게 관찰하고 자연에 "질문"하는 올바른 실험을 설계해야만 어떤 현상이 존재하는지 알아낼 수 있습니다. 그래야만 우리는 자연의 법칙을 점차적으로 해독할 수 있습니다.
그런데 규칙이 논리적이어야 한다고 말한 사람은 아무도 없습니다. 사실 자연법칙은 일반적인 논리와 일치하지 않으며, 동일한 것도 아닙니다. 이 책에서 다룰 유명한 두 이론인 양자역학과 상대성 이론은 둘 다 매우 이상합니다. 어떤 의미에서는 이를 축구의 오프사이드 규칙과 비교할 수 있습니다. 우스꽝스럽지만 사실은 결국 게임이 진행되는 방식일 뿐입니다. 이 규칙을 수락하면 논리적으로 특정 목표만 계산되고 일부는 허용되지 않습니다. 마찬가지로, 상대성 이론이나 양자역학과 같은 이론 뒤에 숨은 놀라운 원리는 완전히 직관에 어긋납니다. 하지만 일단 이를 받아들이면 원자 규모에서 자연을 관찰할 때 볼 수 있는 모든 이상하고 복잡한 현상을 설명할 수 있습니다. 이론이 맞습니다. 그러나 그것이 논리적인가? 아니요.
이러한 이상한 이론을 연구함으로써 우리는 이를 일상 생활에 적용하는 방법을 배웁니다. 현재 나노기술과 양자컴퓨팅 분야의 많은 연구와 발전은 전적으로 양자역학의 독특한 이론적 기초에 기초하고 있습니다. 많은 실험 결과와 관찰된 현상이 이 이론에 따르면 "논리적"이지만(즉, 양자역학의 이상한 법칙으로 설명할 수 있음) 지구상의 어떤 과학자도 세상이 왜 역학의 양자 법칙으로 행동하는지 설명할 수 없습니다. 예를 들어, 입자가 어떻게 동시에 두 곳에 있을 수 있습니까? 아니면 일상 세계에서는 상상할 수 없는 얽힘 상태에 있을 수 있습니까? 임신과 동시에 임신하지 않을 수 없는 것처럼 양자 세계에서는 이러한 혼합 상태가 매우 정상적입니다.
이론이 성공할수록 이 이상한 세계의 규칙과 법칙을 이해하는 데 더 도움이 되지만, 동시에 논리적 틀의 기본 구성 요소를 설명할 수 없다는 것은 매우 실망스러울 수 있습니다. 따라서 이 경우 우리는 "어떻게"를 직접적으로 이해하는 것에서 "이유"를 발견하는 것으로 뛰어올랐습니다. 세상은 왜 양자역학의 법칙을 따르는 걸까요? 이 단계를 거치면 질문은 양자 역학이 "어떻게 작동하는지"에서 양자 역학이 "왜" 작동하는지로 전환됩니다. 즉, 이는 즉시 새로운 질문을 제기했습니다. 불쌍한 과학자들은 항상 끊임없이 변화하는 목표를 쫓고 있습니다. 그러나 그들의 끊임없는 호기심은 사회에 막대한 부를 가져왔고, 그들의 작업에서 나온 아이디어와 응용은 현대 문명의 초석이 되었습니다. 그럼에도 불구하고 계속해서 "왜"라고 묻는다면 지구상에서 가장 똑똑한 과학자들조차도 금방 말문이 막힐 것입니다.
지난 100년 동안 소립자 물리학자들은 원자핵의 가장 깊은 부분에 더 가까이 다가가기 위해 차근차근 노력해 왔습니다. 모험의 과정에서 우리는 우주의 모든 물질의 기본 구성 요소, 기본 입자 및 자연의 기본 힘에 대한 더 많은 통찰력을 얻음으로써 몇 가지 중요한 발전을 이루었습니다. 우리는 이것을 자랑스러워할 충분한 이유가 있습니다. 소립자의 세계를 탐구하기 전에, 우리 인간이 조작하는 방법을 배웠던 간단한 자연 법칙 몇 가지와 우리가 발견한 자연 법칙 몇 가지를 보여드리고 싶습니다. 이 세 가지 예는 우리가 당연하게 여기는 것 중 일부가 논리적 근거는 없지만 순전히 기초 연구를 통해 일상적으로 적용되는 데 중요한 역할을 한다는 것을 보여줍니다. 처음 두 가지 질문은 전기가 어떻게 생성되는지, 유전적 특성이 신체에서 어디에 암호화되어 있는지에 관한 것입니다.
오늘날 사회의 번영과 인간의 삶의 방식에 대한 가장 큰 위협 중 하나는 에너지 부족입니다. 사실 우리는 이 문제에 대해 자주 생각하지 않지만, 현재 서구 사회는 에너지 의존도가 매우 높기 때문에 전기가 없으면 사회 전체의 작동이 하루도 안 되어 완전히 중단됩니다. 갑작스런 정전이 발생한 표준 근무일을 상상해 보십시오. 알람 시계도 없고, 조명도 없고, 커피 머신도 없고, 자동차도 없고, 엘리베이터도 없고, ATM도 없고, TV도 없고, 컴퓨터도 없고, 라디오도 없고, 인터넷도 없고, 전화도 없고, 식기 세척기도 없습니다. . 공개적이고 정치적인 논쟁에서 에너지가 왜 뜨거운 주제인지 명확하게 알 수 있습니다. 이 책은 지구의 제한된 화석 연료 공급, 긴장된 지정학적 이해 관계, 이산화탄소 배출, 녹색 에너지, 원자력 논쟁 등 복잡한 문제의 모든 측면을 다루지는 않습니다. 이러한 분야의 전문가들은 이러한 문제에 대한 연구로 도서관 전체를 채울 수 있으며 논쟁은 계속해서 격렬해지고 있습니다. 물리학자로서 제가 여기서 하는 일은 질문을 던지는 것입니다. 위의 논쟁에서 핵심적인 역할을 하지는 않지만 모두가 대답할 수 있기를 바라는 질문입니다. 어떻게 전기를 생산할 수 있을까요? 예를 들어, 일반 연탄(바비큐 그릴에 사용되는 종류)을 어떻게 전류로 바꾸나요? 지금 우리가 이렇게 할 수 있는 이유는 자연이 이 비밀을 단순한 현상을 통해 우리에게 알려주고 있기 때문이다. 단순해 보이는 이 자연 현상은 인간의 삶과 문명을 근본적으로 변화시켰습니다.
약 150년 전, 제임스 맥스웰(James Maxwell)은 네 가지 유명한 공식으로 알려진 모든 전자기 현상을 성공적으로 설명했으며, 그 공식은 이후에도 계속 그의 이름을 따온 맥스웰 방정식(Maxwell's Equation)입니다. 그들은 자기장과 전류가 밀접하게 관련되어 있음을 입증했으며, 인간이 전기를 생성하는 방법을 제공한 마이클 패러데이(Michael Faraday)가 초기에 발견한 법칙을 포함하여 매우 복잡한 전자기 현상을 설명했습니다.
별로 흥미롭지 않게 들릴 수도 있지만, 구리 코일에 자석을 넣으면 실제로 자기장이 생성됩니다. 자기장은 처음에는 존재하지 않으며 자석을 코일의 중심으로 이동시키면 매우 강해지지만 자석을 완전히 제거하면 사라집니다. 이 과정에서 전선은 전류를 생성합니다. 이것이 제가 사용할 수 있는 가장 간단한 방법이며 더 복잡하게 만들 수는 없습니다. 자전거 라이트에서든 최첨단 원자력 발전소에서든 이것이 바로 전기가 생산되는 방식입니다.
자전거를 타면 자신의 조명을 위해 전기를 생산합니다. 허브 생성기는 진공 청소기의 호스를 깔끔하게 감싼 긴 와이어 조각과 같이 길고 감겨진 구리선 조각입니다. 코일에는 롤러라는 기어를 통해 바퀴에 연결된 자석이 있습니다. 페달을 밟으면 바퀴가 회전하고 자석도 회전합니다. 우리가 발견한 자연 법칙에 따르면, 구리 코일의 자기장을 변화시키면 전류가 생성되고, 전류는 구리 코일을 통해 흐릅니다. 그런 다음 얇은 금속선을 통해 램프에 전기가 전도되어 램프가 가열되어 빛나기 시작합니다. 예상외로 자전거 라이트만으로도 마법이 생길 수 있습니다. 물론 사람들이 첨단 에너지 거대 기업에 감탄하는 것을 막으려는 것은 아니지만, 대규모 석탄 화력 발전소는 구리선 코일 내부에서 자석이 회전하는 방식으로 거의 동일한 방식으로 작동합니다. 유일한 차이점은 자석이 움직이는 방식입니다. 자전거에서는 페달을 밟아 자석을 움직이지만, 이상하게도 발전소에서는 터빈이 자동으로 그 일을 합니다. 증기가 기어박스를 통해 자석에 연결된 블레이드를 밀어내기 때문에 터빈이 회전합니다. 그럼 어떻게 증기를 만들까요? 용기에 담긴 다량의 물을 가열함으로써. 그럼 물을 어떻게 가열하나요? 용기 아래에 석탄 더미를 태우십시오. 그것은 간단합니다!
물론 수천 명의 사람들이 발전소에서 프로세스의 모든 단계가 최대한 효율적이 되도록 매일 열심히 일하고 있으며 여기에 설명할 수 있는 것보다 더 많은 단계가 관련되어 있지만 제가 설명한 것은 기본 원칙입니다. . 원자력 발전소는 거의 동일한 방식으로 작동하며 유일한 차이점은 물을 가열하는 방법입니다. 원자력 발전소에서 이 작업은 우라늄과 같은 무거운 원자의 핵이 쪼개질 때 방출되는 입자에 의해 수행됩니다. 풍력 발전은 동일한 원리로 작동합니다. 바람이 터빈의 회전 블레이드를 불어서 구리 코일 내부의 자석을 회전시킵니다.