중학-우주의 팽창
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{{15개정 과학 중3}} ==배우는 이유== {| class="wikitable" !흥미적 이유 |우주의 끝은 어딜까? ===출발질문(마지막까지 학습한 후에 대답해보세요~)=== #우주에 중심이 있을까? 있다면, 우주의 중심은 어디일까? |- !직업적 이유 | *천문, 천체 관련 진로를 꿈꾸는 이들에게. *우주 관련 진로를 꿈꾸는 이들에게. *물리학, 공학 등의 진로를 꿈꾸는 이들에게. |- !학문적 이유 | *태양계보다 더 큰 은하. 그리고 우리은하 말고도 또 다른 은하. 도대체 무엇들이 있을까? 외계인도 있을까? *우주의 끝은 어딜까? 우주의 크기엔 한계가 있을까? 인간이 도달할 수 있을까? |- !너희들은? |실생활에 필요 없어서 굳이 배우지 않아도? => 게임 하는 것도 실생활에 필요 없는데;;;? 이것만으론 설명이 어려울듯; 우리사는 우주니까 안배워도 된다 커서 안쓰기 때문 => 커서 안써도 되는 걸 안배워도 된다면... 너무 슬프다; 음악도, 미술도..안배워도 되지 않을까.. 아니, 그 이전에 커서 쓸 것 안 쓸 것을 어떻게 알지;;? 어쩌면...후대에는 이같은사실을 모를수있기에 상식, 천문학이 재밌어서 |} ==도입== <br /> ==학습== <youtube>https://www.youtube.com/watch?v=W_DDCyY6xyg</youtube> ===영상=== {| class="wikitable" !실험 !영상 |- | | |- | | |} ==수업요약== ===핵심개념=== {| class="wikitable" !개념 !설명 |- |우주의 팽창 |1927년 허블이 천체의 스펙트럼을 관찰하다 적색 편이를 발견했다. 그 원인으로 우주가 팽창하고 있음을 들었고, 현재 이 이론이 받아들여지고 있다. |- |천체의 이동 |멀리 있는 천체일수록 점점 더 빨리 멀어진다. 풍선의 팽창을 생각해 보면 간단히 이해할 수 있다. 이로부터 우주의 팽창 중심은 없으며, 우주 전체에서 동등하게 팽창하고 있음을 알 수 있다. 즉, 우주엔 중심이 없다. |- |시간을 되돌린다면? |팽창하고 있는 우주의 시간을 되돌린다면 수축하는 모습을 볼 수 있을 것이다. 이런저런 관측을 통해 현재 우주의 나이는 약 138억이라 추정하고 있다.(자주 바뀐다.) |} ===전개질문=== #특별한 내용은 없지요~? ===도착질문=== #어째서 멀리 있는 천체일수록 빠르게 멀어질까?(언어로 표현하는 게 쉽지 않지만, 이걸 표현할 수 있어야 제대로 안다고 할 수 있겠지.) # ==학생들의 질문== ===분류하지 않은 질문=== {| class="wikitable" !분류 !질문 !대답 |- |개념 |대충 우주가 빛보다 빠르게팽창해 아무거도 안보이려면 최소 몇년이나 지나야 하나요? |어;;; 선생님도 잘은 모르겠지만, 인간이 상상하기 어려울 만큼 긴 시간이 필요하겠죠. |- | |타이머신을 타고 과거로 가면 다른 은하를 더 쉽게 볼수있을까요 과거에는 지금보다 은하가 더 선명히 보일까요? |네, 더 가까이에서 볼 수 있을거에요. 다만, 천년, 만년 단위가 아닌 수억년 전으로 가야겠지요. |- | |허블 만원경으로 별이 보이지 않는 부분을 찍어보자고 한 사람은 어떤 근거로 그러자고 한 걸까요 |이유를 모를 질량이 그 자리에 있었기 때문이죠. 도대체 무엇이 있길래 그런 질량을 갖고 있는지 궁금했던거에요. 결국 아무것도 발견하지 못했고, 이 질량을 설명하기 위해 상상의 물질을 도입했는데, 이를 암흑물질이라 부릅니다. |- | |우주라는 공간의 개념이 받아들여지지 않습니다. 우리가 사는 공간도 넓어서 평생을 살아도 가보지 못하고 보지 못하는곳이 많은데 지구의 수백, 수천억 배 큰 우주의 크기를 선생님은 받아드려지시나요? |우주가 주는 교훈이 이런 것 같아요. 우리가 살고 보는 공간을 넘어 그 크기는 우스울 정도로 커다란, 네가 보지 못한 공간이 있다는 것. 체험하지 못했더라도 세상엔 네가 체험한 것보다 더 큰 세계가 있다는 것. 그렇게 스스로를 의심하고 타인을 얕보지 않는 것, 세상을 얕보지 않는 것. 그게 우주가 주는 가장 큰 교훈이 아닐까요? |- | |평행우주도 이와 관련이 있나요 |아뇨; 이거랑은 좀 다른 개념이죠~ |- | |우주가 팽창을 하면 평행우주설은 거짓인가요 |각자의 우주가 팽창하고 서로 만나지 않는 상태이거나 서로 겹쳐져 있는 상태라면 아무런 문제도 없죠??? |- | |선생님은 우주에 중심이있다고 생각하시나요? |색즉시공 공즉시색. 부처님은 내가 우주의 중심이라 하셨습니다. |- | |빛보다 빠르게 팽창하는게 가능한 이유가 궁금합니다. 예상해 보자면 빛보다 빠른 물질은 없지만 우주는 빈 공간이어서? |네, 우주는 물질이 아니라 공간이어서. 물질의 제약을 받지 않죠. |- | |빅뱅 전에는 공간도 시간도 아무것도 없다고 하셨는데 어떻게 아무것도 없는 곳에서 빅뱅이 일어날수 있나요? |그게 참 어려운 일이죠. 우리가 상상하거나 인식조차 할 수 없는 무언가로 인해 빅뱅이 일어난 것. 그건 이해하기보단 받아들여야 하는 문제인 것 같아요. |- | |암흑 에너지는 별들을 서로 멀어지게 한다는 것 빼고는 밝혀진게 없나요? |네, 알 수 있는 게 없어서 암흑물질, 암흑에너지에요. |- | |은하끼리 붙이치면 어케 되여???? |은하의 구성요소들도 서로 거리가 상당히 멀기에... 은하끼리 통과해도 부딪히는 별은 생각보다 많지 않을걸요? |- | |우주는 얼마나 큰가요 |크기를 말하는 것이 무의미할만큼. |- | |우주가 팽창하면서 별도 팽창하기도 하나요 |아뇨, 공간이 팽창하는거지, 물질이 팽창하는 건 아니니까요. |- | |우주가 계속 팽창되면 이젠 밤하늘에 별을못보나요 |네...ㅜ |- | |우주는 원래부터 있었나요? |원래가 어떤 상태의 원래인진 모르겠지만... 제가 태어났을 땐 있더라구요; |- | |마블에 나오는 멀티버스는 실제로 존재할까요? |증명할 길이... 아직은 없죠 ㅜ |- | |선생님 우주의 크기는 언제 쯤 알수있을까요..? |인간이 측정할 수 있는 한계는 이미 넘어섰기 때문에.. 인간이 우주의 크기를 알 수는 없을 것 같아요. |- | |우주가 팽창하면 저의에게 불이익이 있나요? |공간이 커지기만 하면... 물질들이 퍼지고 한데 모이지 못하고.. 결국엔 밤 하늘에서 아무것도 보지 못하고 온 세상에 우리만 남게 되겠죠. 태양이 없으니 에너지를 얻을 수도 없고... 하지만, 이건 너무나도 먼 이야기. |- | |아까 우주를 풍선에 비유해 주셨는데 풍선은 불다보면 계속 커지다가 터지잖아요 우주도 팽창하다보면 나중에 붕괴되지 않을까요? 우주가 끝없이 팽창하면 터지진 않나요 |어떻게 될지 모르죠. 어째서 팽창하는지도 모르는 상태니까요. 과학자들 사이에서도 논쟁이 많은 주제입니다 ㅎㅎ |- | |우주가 팽창하면 지구와 태양의 거리도 멀어지는건가요? |네, 여러분과 저 사이의 거리도 멀어지고 있죠. 너무 작아서 모를 뿐. |- | |빅뱅이 있기 전에 뭐가 있다고 생각하시나요? |시간도, 공간도 빅뱅 이전엔 없었으니, 상상하기 어려울 것 같아요. 신이 있었을까, 악마가 있었을까..? |- | |우주가 팽창하지 않으면 우예 될까요 우주가 평창이 멈치면 어떠나요! |현재 상태에서 그닥 바뀌지 않을 것 같아요. |- | |우주는 왜 검은색인가요 |빛이 도달하지 못해서...겠죠. 아직 우리에게 도달하지 못한 빛도 있을 테고. |- | |우주의 중심이 왜 아직 발견되지 못했나요 |우주 복사선이 모든 방향에서 동등하게 있기 때문에 중심이라고 할 만한 지점을 특정할 수가 없어요; |- | |만약 우주의 중심이 검은 물질이고 아직 정확히 뭔지 모른다면, 어느 순간부터 우주가 수축할 가능성도 있는건가요? |네, 팽창이 끝나고 다시 수축할 가능성도 배제할 수는 없죠. |- | |은하가 이동하는 방향의 반대에 있는 별을 찾으면 우주의 중심이라고 볼수 있나요? |네, 그렇게 말할 수도 있겠지만, 그런 지점이 없죠. 모든 방향에서 동등하게 멀어지거든요. |- | |그럼 저희가 아직 관측하지 못한 은하도 많겠네요 우주가팽창하고 있는데 빛의 속도보다 빠르게 멀어진다면요 |네. 그런 은하도 있고, 아직 우리에게 빛이 도달하지 못해 관찰하지 못한 은하도 있죠. |- | |우주가 팽창하는 속도는 알 수 없나요(알 수 있다면 지구에서 은하를 볼 수 없게 되는 시기도 알 수 있을 것 같아서) |먼 천체들의 팽창속도를 알고, 거기까지의 거리를 알고 있으니, 관측 가능한 우주가 얼마나 빠르게 멀어질지는 계산할 수 있으나... 어차피 관측 가능한 우주보다 빠르게 팽창해서 우주가 팽창하는 건 알 수 없어요. 단지 관측 가능한 우주가 넓어질 뿐. |- | | | |- | | | |- | | | |- | | | |- |호기심 |블랙홀은 태양도 상ㅁ키나요 |당연하죠. 빛도 삼키는걸? |- | |지금까지 우주의 탄생은 빅뱅론이 가장 적절한가요? 아니면 다른 가설도 있나요? |아직까진 이걸 이길 만한 이론은 없어요. 과학적으로. |- | |빛의 속도는 왜 항상 일정하나여 |몰라요; 전자기파의 속도를 계산했더니 상수가 나왔어요. 왜 이런 값인지는... 아무도 모르죠; |- | |빛은 속도가 있으니 엄청 큰 후레쉬를 킨 뒤 멀리 떨어지면 빛이 보이지 않나요? |네, 빛이 도달하기까지 시간이 걸립니다. |- | |빅뱅은 왜터졌나요? |이유는 모르지;;ㅜ |- | |우주는 왜 계속 팽창할까요 |이유는 모르지;;ㅜ |- | |죽기전에 우주의 비밀이 많이 밝혀질까요 우주의 신비는 인간이 멸종하기 전에 밝혀질까요? |슈퍼 인공지능이 나오면 답을 내주지 않을까요!? |- | |우주의 중심이 왜 아직 발견되지 못했나요 |절대적인 기준...이 있다고 해도 찾을 수가 없고, 의미도 없죠; 그래서 중심이라고 부를 만한 곳도 없어요. |- | |은하의 개수는 무한한가요 은하는 무힌한가요 |한계가 있진 않을까요? 굉장히 넓긴 해도, 물질 자체가 새로 생성되거나 하진 않으니까요. |- | |인간이 우주선이나 이런거로 태양계 밖으로 가본적이 있나요 |보이저 1호가 태양계 밖으로 나가지 않았나? |- | |우주가 팽창한다면 다른 우주랑 충돌했을때 우리 우주에게 주는 영향은 무엇인가요? |차원이 다르다면 서로 겹칠 뿐 별다른 영향은 없지요. |- | |인간이 가장 멀리가본 행성은 무엇일까요 |2021년 기준, 지구를 떠나지 못했죠. |- | |만약 다중우주가 존재 한다면 우주가 팽창라면서 충돌할수 있나요 |서로 만날지라도, 차원이 다르면 관측도, 느끼는 것도 불가능하죠. |- | | | |- | | | |- | | | |- | | | |- | | | |- | | | |- |기타 |천체망원경으로 우주를 본적 있나요? |천문대 가면 볼 수 있지. 혹은, 과학부에 있는 망원경으로 볼 수 있어요. |- | | | |- |헛소리 |저도 우주가 커지는 속도만큼 키가 크고 싶은데 방법이 있을까요 |10시에 잠들기. |- | | | |} :# =더 나아가기= 교과 내용이 너무 쉬워서 더 공부하고 싶은 사람들은 보세요~ # # # # {{접기 |제목=보기 전에 먼저 생각해보세요~ |내용= |형태=mw-collapsed toccolours}} ===수업 후, 흥미로운 것=== 시간이 남을 때에만 보세요~ 우주 밖의 우주. 다중우주? <youtube>https://www.youtube.com/watch?v=x4Btgurexb4</youtube> =답= {| class="wikitable" ! colspan="2" |우주에 중심이 있을까? 있다면, 우주의 중심은 어디일까? |- !답변 !선생님코멘트 |- |없을거같다 |그렇게 생각하는 이유까지 써주었다면 좋았겠지만... 일단 현재 정설은 없다는 게 맞습니다. 상대적인 운동만 의미가 있을 뿐, 절대적인 기준은 찾을 수가 없습니다. |- |빅뱅이 일어난 곳? 우주의 중심은 빅뱅이 시작한 곳인것 같다 |가장 적절한 답이라고도 할 수 있죠. 시작한 곳이 중심이다! 그게 어디일까?!? 찾을 수 있을까!? |- |있을거 같다 . 어떠한 은하의 별이 그 중심일거 같다. |각자 스스로의 중심을 갖고 있다는 말이죠? ㅎㅎ |- |태양 태양일것 같다 |네, 우리에게 중심은 태양이죠. 다른 곳의 움직임들은 우리한테 크게 영향을 미치지 못하니까요. |- |우주에서 가장 큰 질량을 가진 것이 중심이다 |좋은 발상이에요! 가장 큰 질량이 있는 곳으로 그때그때 우주의 기준을 바꾸는 것도 좋은 방법이죠! |- |우주의 중심이 없이 팽창하게 된다. (교과서 247쪽 참고) |ㅋㅋㅋㅋ 교과서를 참고해 내는 답도 좋지만, 교과서도 많이 변경되잖아요? 자신의 답을 찾는 게 더 값질거에요. 선생님께 혼난다 하더라도. |- |지구쪽 주변이요 |지구 주변이요? 왜요?? |- |정답이 없다. 계속 움직이기 때문에 |네, 절대적인 기준...이 있다고 해도 의미가 없죠; |- |불랙홀이 우주를 잡고 있을 수도 있지 않을까요 |그렇다기엔 블랙홀이 너무 많지 않아요? |- |중심은 제 주관적인 의견으로 항상 제가 주인공이기 때문에 제가 우주의 중심이라고 할 수 있죠 |굉장히 맘에 드는 대답이에요. 불교의 교리를 한데 담은 대답이네요. |- |오히려 우주의 중심에서 중력의 반대힘을 주고 있는거 아닐까요? 그래서 우주 중심으로부터 멀어지는 거고요. |오, 그럼 우주의 중심을 이곳으로 잡으면 좋겠네! 근데, 신기한 건, 중심으로부터 멀어질수록 멀어지는 속도가 더 빠르다는 점과... 모든 공간에서 동등하게 멀어진다는 점이야. 반중력으로 우주의 중심을 찾겠다는 시도는 성공하기 어려워보여요 ㅜ |- |서로에 대해 멀어지고 있으니 어디도 중심이 아닙니다. 바꿔 말하면 모든 곳이 중심입니다. |네. 지금은 이게 정설이죠. |- ! colspan="2" |어째서 멀리 있는 천체일수록 빠르게 멀어질까?(언어로 표현하는 게 쉽지 않지만, 이걸 표현할 수 있어야 제대로 안다고 할 수 있겠지.) |- !답변 !선생님코멘트 |- | *풍선을 불었을때 멀리있을수록 빠르게 멀어진다 *예를 들어 풍선에 스티커를 붙혀서 풍선을 불어보면 풍선의 표면이 늘어나면서 스티커는 서로 멀어진다. 이때 스티커 사이의 거리가 멀수록 변화값이 크다. 이처럼 천체들로 멀어질수록 빠르게 멀어진다. *풍선을 예로 들자면 풍선에 점을 찍고 바람을 분다. 양쪽에 있던 점들은 서로 반대 방향으로 가기때문에 멀리 있을수록 빠르게 멀어진다 |네, 저도 이것만큼 적절한 비유는 아직 보지 못했네요. |- |파도의 중심에 있는 것 보다는 가장자리에 있는게 파도의 영향을 더 잘 받는 것과 비슷할 것 같다 |??? 이해를 잘 못했어;; |- |천체가 원의 궤도 위에 있다고 생각하고 그런 반지름이 다른 원 3개의 중심이 같다고 생각합니다. 그 후 중심으로 부터 두 직선을 그리면 호 모양이 되는데, 반지름이 가장 작은 원과 중간인 원의 호의 길이의 차보다 반지름이 중간길이인 원과 가장 큰 원의 호의 길이의 차가 가장 크기 때문이라고 설명할 수 있을 것 같습니다.(세 원의 반지름의 차는 일정함 -> 같은 거리만큼 멀어지지만 호의 길이는 멀수록 더 큰 차이가 남) |와;; ㅋㅋㅋㅋ 수학적으로 멋지고 정확한 발상이다. |- | | |- | | |- | | |- | | |- | | |- | | |- | | |- | | |- ! colspan="2" | |- !답변 !선생님코멘트 |- | | |- | | |- | | |- | | |- | | |- ! colspan="2" | |- !답변 !선생님코멘트 |- | | |- | | |- | | |- | | |- | | |} =각주= <references />
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