빅뱅 우주론과 원자의 생성 과정 - 쿼크, 양성자, 중성자, 원자핵, 원자

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빅뱅 우주론과 원자의 생성 과정 - 쿼크, 양성자, 중성자, 원자핵, 원자

빅뱅 우주론과 원자의 생성 과정 - 쿼크, 양성자, 중성자, 원자핵, 원자

빅뱅 우주론에 따르면 대폭발로 인해 기본 입자, 양성자, 중성자, 원자핵, 원자 순으로 생성되며 우주를 형성했다고 합니다.​

Big Bang(대폭발)이 일어난 뒤의 시간을 T초 라고 했을 때 일어나는 현상에 대해 알아보겠습니다!
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------------------- T=0 -------------------

만약 T가 0이라면 대폭발이 딱! 일어났을 시기를 말하겠죠?

당연히 빅뱅이 일어났을 때를 T=0의 상태 라고 합니다!​

------------------- T=0 -------------------​

------------------- T=10^-35 -------------------
기존입자 생성(6개의 쿼크와 6개의 렙톤)


만약 T가 10^-35라면? 굉장히 짧은 순간입니다!​

이는 곧 1/10^35 이기 때문에 1초를 10000000000....로 나눈 시간이 되겠네요.

우리의 입장에서 보면 눈을 깜박하지도 못할 굉장히 짧은 시간이겠지만, 우주의 입장에서 보면 그렇지 않습니다!

빅뱅이 일어난 후 굉장히 짧은 시간 안에 바로 기본 입자가 생성되었는데요.

그 짧은 시간이 바로 10^-35초 입니다!​

기본 입자란 더 이상 쪼개지지 않는 입자라고 받아드리시면 될 것 같습니다.

'원자'를 구성하고 있는 --> '원자핵'을 구성하고 있는 --> '양성자'와 '중성자'가 바로 이 기본입자로 이루어져 있습니다!

기본 입자는 12개로 구성되어 있으며, 6개의 쿼크와 6개의 렙톤으로 구성되어 있습니다!​

------------------- T=10^-35 -------------------

------------------- T=10^-6 -------------------​
양성자와 중성자 생성


시간이 10^-6초가 지나게 되면, 바로 양성자와 중성자가 생성되게 됩니다!

아까 말씀드렸듯이 양성자와 중성자의 구성품은 기본입자인데요~

기본입자가 생성되었으니 이제 양성자와 중성자가 생성될 수 있는 조건이 갖춰진 것 입니다!​

양성자는 업 쿼크 2개와 다운 쿼크 1개, 중성자는 업 쿼크 1개와 다운 쿼크 2개로 구성됩니다.

업 쿼크의 전하량은 +2/3, 다운 쿼크의 전하량은 -1/3 입니다!​

그렇기 때문에 양성자 하나의 전하량은 +2/3 + 2/3 - 1/3 = +1 이 되는 것이고,​

중성자 하나의 전하량은 +2/3 -1/3 -1/3 = 0 이 되는 것 입니다!

(이렇게 더욱 세부적인 개념을 알고 있으면 이를 통해 원리를 이해할 수 있다는 것이 과학의 묘미인 것 같아요!)

------------------- T=10^-6 -------------------

------------------- T=3분 -------------------
헬륨 원자 핵 생성

T가 3분이 되었을 때! 드디어 헬륨 원자핵이 생성됩니다.​

헬륨 원자핵은 양성자 2개와 중성자 2개로 나뉘어져 있습니다!

우주가 팽창을 거듭함에 따라 우주의 온도는 급속도로 감소하였고, 그렇기 때문에 양성자와 중성자가 합쳐질 수 있었습니다!​

제일 먼저 만들어진 원자핵은 수소 원자핵(양성자 1개, 중성자 0개로 이루어짐)이라는 점에 주의하세요!

------------------- T=3분 -------------------

------------------- T=38만년 -------------------
중성 원자 생성
빛은 방해를 받지 않고 뻗어나갈 수 있게 되었음

갑자기 38만년으로 건너뛰었습니다!

이 우주가 생성되고 나서의 38만년이라는 시간은 우주가 투명해지기 시작한 시간입니다!​

바로 중성원자가 생성된 것이죠!​

T=3분일때 만들어진 헬륨 원자핵, 그 뒤로 만들어진 여러 원자핵들이 "전자"와 결합하면서 전기적으로 중성인 원자들이 생성됩니다!

38만년이 되기 전까지는 전기적으로 중성이 아닌(전하를 띠는) 물질들이 대부분이었기 때문에 빛이 직선으로 뻗어나가기 어려웠습니다!

전자같은 경우에도 빛을 흡수, 방출하면서 빛의 이동을 방해했지요.

하지만 중성원자가 나타나고 나면서부터 전자는 원자핵과 결합하였고, 빛은 방해를 받지 않고 뻗어나갈 수 있게 되었습니다!

물론 시간이 지남에 따라 우주가 팽창하여 방해하는 물질에 비해 그 공간이 엄청나게 넓어진 탓도 있습니다!


오늘은 원자의 생성 과정에 대해 알아보았습니다!