원자의 생성

[뽀야]

기본 입자 생성 (빅뱅 초기)	쿼크, 전자와 같은 기본 입자가 생성됨
양성자와 중성자 생성 (빅뱅 약 초 후)	⋅쿼크가 결합하여 양성자와 중성자가 생성 ⋅생성 초기 양성자와 중성자의 개수비는 비슷(약 1:1)
원자핵 생성 (빅뱅 약 3분 후, 우주의 온도 약 10억 K)	⋅양성자수가 중성자수보다 많아짐(약 7:1) ⋅양성자는 그 자체로 수소 원자핵이고, 양성자 2개와 중성자 2개가 결합하여 헬륨 원자핵 생성
원자 생성 (빅뱅 38만 년 후, 우주의 온도 약 3000 K)	⋅원자핵과 전자가 결합하여 수소 원자와 헬륨 원자 생성 ⋅우주 배경 복사 생성

빅뱅 직후 우주는 매우 매우 고온이라 입자 형성 자체가 어려웠으나, 이후 급격한 팽창으로 빠르게 식으며 기본 입자 생성하였고, 시간이 지나며, 우주의 온도가 더 낮아져 쿼크 3개가 합해진 양성자와 중성자 생성(양성자 : 중성자 개수 = 1 : 1 → 7 : 1로 변화)합니다.

양성자와 중성자 변환을 이해하기 위해선 우선 아인슈타인의 상대성이론을 이해해야 해요.

많이 어렵지만 한 번 도전해봐요.

질량-에너지 등가 원리

E=mc2

(E : 에너지, m : 질량, C : 광속)

질량을 에너지로 바꿀 수 있다로 이야기할 수 있다. 많은 사람들이 일반 상대성 이론의 질량-에너지 등가 원리를 '질량을 광속으로 가속하면 에너지로 바뀐다'라고 생각하지만, 등가 원리의 정확한 뜻은 질량과 에너지는 똑같은 본질의 다른 형태라는 것뿐이다. 질량과 에너지가 전환하는 예로는 핵융합, 핵분열 과정에서 에너지가 출입하는 것을 들 수 있다. 이 때문에 핵 발전은 적은 질량의 연료로도 많은 에너지를 방출할 수 있다.

양성자와 중성자의 질량을 비교하면 중성자가 약간 질량이 더 커요. 그럼 질량이 큰 중성자에서 질량이 작은 양성자로 변하기 위해선 질량 차이만큼 에너지를 방출해줘야 해요. 반대로 질량이 작은 양성자에서 질량이 작은 중성자로 바뀌기 위해선 질량 차이에 해당하는 만큼 에너지를 흡수해줘야 하고요.

밖에 온도는 우주가 태어난 후 계속 낮아지고 있으므로 에너지 흡수보다 에너지 방출이 더 효율적으로 일어나게 되고 이는 중성자에서 양성자로 변하는 현상이 지속적으로 일어나게 되는 거죠. 그래서 중성자보다 양성자 수가 많아지고 결국 양성자와 중성자는 7:1이 되는 겁니다.