파동방정식
언젠가 전기가 사라지면책상 앞에 앉아서 컴퓨터로 글을 쓰고 있어요. 하지만 정전이 되면 어떻게 될까요? 이 글들은 블랙홀에 그려진 중성자 별처럼 컴퓨터의 어두운 화면으로 사라질 것입니다.
인터넷과 이메일은 즉시 무용지물이 될 것이고, 그러면 전화선이 끊어지고 누군가에게 도움을 요청할 방법이 없을 것입니다. 텔레비전과 라디오가 꺼질 것이기 때문에 밖에서 무슨 일이 일어나고 있는지 알 길이 없습니다. 신용카드로 쇼핑하는 것조차 어려울 거예요. 슈퍼마켓 단말기와 ATM기가 전기 구동식 컴퓨터에 의존하기 때문입니다.
일주일 안에, 그 도시는 완전히 무너질 것입니다. 시내를 벗어나기 위해 주유소로 차를 몰더라도 기름을 채울 수 없습니다. 요즘은 지하 저장고가 사용되기 때문에, 전기 펌프를 가동하지 않고는 연료를 끌어올릴 방법이 없습니다.
정전 몇 주 후, 대부분의 도시와 교외는 살 수 없게 될 것입니다. 음식과 연료에 대한 필사적인 싸움이 벌어질 것이고, 60억이 넘는 사람들 중 살아남는 사람은 거의 없을 것입니다.
하지만 그것이 단지 인간 세계의 전기가 아니라면 어떨까요? 만약 힘 자체가 사라진다면, 우리 몸을 구성하는 DNA 분자들은 해체될 것입니다. 산소에서 살아남는 살아있는 유기체가 있다고 해도, 그것은 빠르게 질식하게 됩니다. 전기력 없이는, 공기 중의 산소 분자와 혈액 속의 헤모글로빈 분자가 결합될 수 없습니다. 아마도 지구의 거의 모든 물질들이 해체되고 태양에서 나오는 빛은 금방 사라질 것입니다.
우리 주위에는 다양한 전자파가 있습니다.
부엌의 난로나 태양 표면에서 나오는 빛은 같은 종류의 전자파로 구성되어 있습니다. 전자기파는 우주를 통해 에너지를 전달하며, 태양에서 방출되는 빛에 의해 전달되는 에너지 덕분에 지구상의 모든 생명체가 살 수 있습니다.
강에 돌을 던지면 동심원을 그리면서 파도가 번지는 것을 볼 수 있습니다. 과학자들은 파장을 설명하기 위해 파장, 주파수, 진폭이라는 용어를 사용합니다. 파장은 파장의 산처럼 바닥에서 다음 층까지의 거리를 말합니다.
전자파는 층의 수나 목표의 증가에 따라 파장이 더 짧습니다. 주파수는 바닥 또는 목표를 1초 동안 반복하는 횟수로, 파장에 반비례합니다. 파장이 길면 주파수가 줄어들고 에너지가 줄어듭니다. 반대로, 짧은 파장은 주파수와 에너지를 증가시킵니다. 즉, 파장의 에너지는 주파수에 비례하고 파장에 반비례합니다.
전자장과 자기장으로 구성된 전자파는 한쪽 끝에 고정된 끈이 위아래로 흔들릴 때 발생하는 파동과 같습니다.
한쪽 끝이 벽에 고정되어 있는 긴 줄을 상상해 보세요. 밧줄의 다른 끝을 손으로 잡고 위아래로 흔드는 것은 파도를 만듭니다. 파동을 더 길게 만들려면 파동 속도를 줄여야 합니다. 이 속도는 초당 파동 수에 해당합니다. 반면에, 짧은 파장을 만들기 위해서, 사람들은 그들의 손을 바쁘게 움직여야 합니다. 이것은 초당 파동 수가 증가한다는 것을 의미합니다. 진폭은 파장의 높이, 즉 선이 사인파 곡선을 그릴 때 위쪽 및 아래쪽 곡선의 길이 또는 바닥의 높이를 나타냅니다.
빛이 있기 때문에 우리는 사물을 볼 수 있습니다. 인간의 눈은 다양한 빛의 파장 사이에서만 가시광선을 볼 수 있습니다. 흥미롭게도, 가시광선을 제외한 다른 전자파는 물에 들어가자마자 흡수되고 사라집니다. 진화 이론에 따르면, 태초의 모든 생명체는 물에서 시작되었고, 눈은 진화 과정 동안 물체를 보기 위해 가시광선을 흡수하도록 적응했을 것입니다.
그렇다면 빛은 어디에서 오는 것일까요? 아시다시피, 빛은 태양에서 만들어집니다. 태양에서, 엄청난 에너지를 가진 감마선은 수소 핵 결합으로 방출되고 헬륨 핵이 됩니다. 감마선은 태양의 표면에 도달하는 데 20,000년이 걸리는 태양 내부의 물질과 충돌합니다. 이 과정에서 감마선은 에너지를 잃고 장파 자외선과 가시광선으로 변합니다. 그 중에서도 가시광선에 해당하는 전자기파는 우리 눈이 감지할 수 있는 빛입니다.
태양에서 방출되는 전자파는 지구의 대기에 부딪힐 때 사방으로 흩어집니다. 이때 붉은색보다 파장이 짧은 보라색은 대기 중의 산소, 질소, 먼지 알갱이와 충돌해 산란하기 훨씬 쉽습니다. 그러므로, 짧은 자주색과 파란색의 파도가 하늘 전체에 퍼집니다. 하늘이 파랗게 보이는 이유는 우리의 눈이 보라보다 파랑에 더 민감하기 때문입니다.