25차 국내 학습 탐사 –포항방사광가속기

1일차 :1월20일(토) 포항방사광 가속기 준비 강의 1 pm8:00~

1일차 결정적 지식 – 1. LM과 RG 

                              2. F B I

                              3. 방사광은 전자를 가속

                                 -무한한 직선운동

2일차 결정적 지식 - 1. 스칼라장 벡터장 텐서장

                             2. G 전류 / M FORCE 

탐사의 결정적 지식 – 응용분야 

1.플레밍의 법칙은 두 개가 있다 –LM, RG

왼손법칙과 오른손 법칙
LM 왼손 MOTOR (돌아가는 것 - 전원을 꽂으면 돌아가는 것 )
RG 오른손 GENERATOR (발전기 - 전기를 만드는 것 )

움직인다는 것은 돌리는 힘이건 미는 힘이건 간에 힘이 작동한다. 힘은 FORCE 다.
이 두 공식은 플레밍의 법칙이다.

 FORCE
FORCE는 망치와 활이다. 방향, 직선이라는 의미다.  

벡터는 곡선이 아니다. 자연에는 곡선이 없다. 힘은 직선이다. 돌아간다를 직선으로 분해해야된다. 왜 관찰을 하지 않는가?

2. F B I

F는 FORCE, 돌아가는 힘을 의미하고 I는 current, 전류를 의미, B는 vector를 의미한다.

손가락으로 총 쏘는 모습을 상상해 보라. 오른손으로 쏘느냐 왼손으로 쓰느냐에 따라 

하나는 모터가 되고 하나는 모든 전자기기가 된다

벡터는 직선과 방향이다. 

[오른손법칙 RG]
먼저 발전기를 보자, 오른손!

발전기는 핵발전소, 수력발전소, 화력발전소, 석탄, ktx. 

(ktx는 일부는 모터로 쓰고, 일부는 발전기로 사용된다). 

발전기처럼 전기를 만든다.
세 손가락을 수직으로 세우고 엄지손가락은 F (force), 검지 손가락은 B (자기장,벡터), 중지는 I (전류)를 의미한다. 

여기서 전류는 방향을 마음대로 정할 수 있다 

전류가 흘러가는 방향에 따라 수신과 송신이 달라진다 (from-to). 

발전기라는 개념이 있어야 from- to가 가능하다. 이 말이 바로 vector를 의미한다. 크기는 같은데 방향이 달라지는게 포인트가 된다. 

전기를 만들어서 어느 방향이 상업적으로 가장 중요할까? 바로 I 방향이다 

발전기에서 포스는 돌린다는 것이다. 터빈이 돌아가는 것이다. 터빈을 돌리는 힘은 수증기이다. 수증기를 만드는 방법이 화력이면 석탄이고 원자력은 핵분열이고 수력은 수차 에너지인데 궁극적인 것은 돌린다는 것이다 – 다른 힘을 전기로 바꾸는 것이 발전기이다.
돌리면서 F의 방향은 끊임없이 바뀌고 고정된 부분은 B이다.
자석은 고정된 B이고 F가 고정되면 전류가 생기지 않는다.

F와 B가 면끼리 서로 벡터의 곱이 되었을 때, F×B 면의 수직 방향으로 전류 I가 흐른다.
크기는 FB 벡터의 길이만큼 결정된다. 
발전기는 오른손 FBI이다.

[왼손법칙 LM] 
MOTOR의 경우를 보자. 왼손!

발전기의 결과물은 전류이고, MOTOR의 결과물은 힘이다
회전하면 원운동이 된다, 하지만 원은 아니다, 선분이 모여서 회전해서 원운동이 된다

왼손 오른손 포개지는 대칭을 CHIRAL 대칭이라고 한다. 

입자물리학에서 가장 핵심적인 대칭이다. 

오른손에서 입자는 전류이다. 전류의 입자는 전자이다 

3. 방사광 가속기

4세대가 3세대보다 5-6배 크다.

현재 3세대쪽이 응용을 많이 하고 있다.

현재  30군데 넘는 분야에서 응용되고 있다. 

어떤 분야에서 응용하는가가 가장 중요하다.

가속기 = 입자충돌기
① 전자와 전자를 충돌
② 양성자와 반양성자를 충돌 : CERN ( 현재 유럽쪽에서 쓴다 )

③ 충돌은 아니고 전자를 가속한다 : 방사광 가속기

만유인력 법칙도 직선에서 나왔다.
과학은 분해다, 분해해서 결합하는 순간 곡선이 나온다 

과학에서의 분해는 수직 분해다. 그래야 교차점이 없다.
분해는 공통점이 없는 단계까지 분해해야 한다. 

공통점이 있으면 기본 요소가 아니다. 

수직된 것은 공통점이 없다 

수직된 것은 만나는 점이 없어서이다.
수직이 아닌 것은 각이 형성되어 cosθ를 만들어서 공통점을 만들어 낸다 

(sinθ는 면적을 만든다)

2차원의 수직은 2개, 4차원의 수직은 4개. n차원의 수직은 n개를 만들어 낸다

( n개까지 확장한 사람이 리만이다 - > 일반상대성 이론까지 확장) 
FBI도 수직이다 

방사광 가속기는 

충돌하는 것이 아니고 

전자를 진공에 띄워서 무한한 직선운동- 원운동을 하는 것이다  

(-)성질을 지닌 전자(전하)가 + 전극이 있을 때 당겨준다.
전자가 등속도로 +전극까지 이동하면 아무 일도 안 일어난다.

등속직선운동은 에너지가 제로, 누군가가 툭 하고 칠 때 일이 일어난다. 그 근원 물질을 찾는 것이 철학(탈레스부터 이어지는), 종교에서는 신의 존재를 말한다.

크기는 같고 vector의 방향이 달라지면서 원을 만든다. (원운동 정의)
달과 지구의 관계 – 지구가 당긴다. 달은 지금도 1초에 2.5cm씩 자유 낙하중이다. 추락하지 않는 이유는 떨어진 만큼 이후, 한 힘은 위로 올라가고, 다시 떨어지면서 두 개의 힘이 작동하면서 추락하지 않고 반지름은 일정하게 유지되는 것이다.  

뉴턴 법칙에서, F의 힘은 m은 고정되어 있고 a가속으로 인해서 힘이 가속되는 것이다. 가속도가 힘이다. 

원운동에서 가속도는 크기는 일정하고 방향이 달라지는 것이다.
원에서 힘이 생겼다.
힘은 vector다. 

힘의 종류 1.중력 2. 전자기력 3. 강력 4. 약력 모두 힘, force이다.

전자기력의 force가 가속운동에서 생겼고 여기서 생기는 시공을 ‘전자기파’ 라고 한다. 

파장의 크기. 즉 돌리는 속도에 따라서 전자기파의 분류는  

γ레이-x레이-자외선-가시광선-적외선- Microwave –Radio라 한다.

방사광 가속기 – 전자 I(빛-전류)을 원운동으로 가속 시켜서 힘이 가속되고.

전자기력이 되고 그 전자기력의 한 부분이 빛이고 光이다 - 전류에서 나온다.

방사- 전자는 원으로 움직이면서 포스는 뻗어나간다, 

      빛이 나가는 벡터 방향으로 창을 두면 그쪽으로 뻗어나가니 방사라 한다

빛은 전자가 입고 있는 외투 - 외투는 코너를 돌 때 벗겨진다

이휘소 박사님 알짜전자를 연구하신다 

전자는 전하(電荷- 전자가 지고 있는 짐)라는 옷을 입고 있다 이 옷이 빛으로 바뀐다.
그대로 있을 때는 빛이 아니고 가속운동(돌 때) 이것이 빛이다. 원형이 될 수 밖에 없다.
외투가 나갈 때 빨리 돌수록 외투가 질겨진다 ( 에너지가 높아진다 - 감마 레이 )

물리학 전공 서적 잭슨책에 미분방정식으로 잘 나타나 있다.  

*PHTON 은 전자기의 상호 작용의 보존이다. 

전자기파가 양자화된 것이 빛 알갱이이다 

E 전자,

H 가 자장의 세기 

전기와 자기는 동전의 양면같다. 전기와 자기가 함께 하는데 파동을 그림으로 그리면 모두 벡터이다.

여기서 수직으로 그리면 전류의 방향이 나온다. 이것이 FBI이다. 

2일차 : 1월 21일 (일) 포항 방사광가속기 준비강의 2 am8:00~

4.벡터, 스칼라, 텐서 

모든 물리학(전자기학)의 시작은 자석의 N극과 S극 사이의 철선(力線, 자기력선)에서 시작한다.
눈에 보이지 않는 자기장을 눈에 보여준다.
패러데이가 발견했다. 수학을 전공하진 않았지만 100년 이후 아인슈타인에게 많은 영향을 주었다.

패러데이는 N극과 S극 사이에 철가루를 뿌려놓고 자석의 배열을 보고 이것을 力, FIELD라고 했다, 이것을 가지고 4차원적으로 기하학적 수학적으로 만든 사람이 아인슈타인이다.

호모사피엔스의 중요한 지능은 직감력이다. 
어떤 것을 보고 “이것 아니야?“ 라는 센스가 필요하다.  

물리학은 여기서 시작한다. 
눈에 보이지 않는 것을 쇳가루 하나 뿌려서 확인을 한다. 

- 벡터장, 스칼라장, 텐서장 - 

목욕탕에 들어가면  내 주위 온도가 바깥과 다르다. 내 주위와 온도를 숫자로 찍어 보자.
이 장을 스칼라장 Scalar field라고 한다, 방향은 없다 분위기만 있다. 주위를 에워싼 공기같은 것이다.
온도가 다른 공기입자의 온도값을 붙여보자, 바깥과 점진적으로 다르다. 이것을 스칼라장이라고 한다.

좀전의 力場, field를 벡터장vector이라고 한다.
또 하나의 장은 텐서장tensor이다.
텐서장의 미분이 바로 일반 상대성 이론이다. 스칼라 필드를 미분하면 벡터 필드다

모든 것은 텐서 필드이다. 스칼라 필드는 0차원의 텐서 필드이다.
벡터 필드는 1차원의 텐서 필드이다, 텐서 필드는 종합한 것이다.
우주 속에 모든 것이 텐서 필드에 속한다. 

텐서 필드 속에 벡터 필드 스칼라 필드가 있다(부분 집합이다). 

텐서 필드는 행렬이다. 즉, 4×4, 3×3, 2×2이다.
 페러데이나 맥스웰 등은 국수다발 같은 것으로 이루어져 있는 역선(力線)을 단위 면적당 몇 개 지나가는가를 카운트했다. 이것이 전자기학의 시작이다,
눈에 보이니 카운트 할 수 있고 면적이 있으니 그것으로 힘의 세기를 결정했다 --> 수학으로 가능하다 

물리학의 90%는 벡터다 

5.벡터는 직선과 방향이 있다 (두 가지의 결합이다)

發電機 발전기는 전류를 발한다, 즉, FBI 중 I 다 

generate의 결과는 전류이고 motor의 결과물은 force다

백터는 날아가는 화살이다. 정지한 백터는 없다, FBI에서 증명한다, 변하지 않으면 가속도도 없다. 전류는 흘러가고. 벡터도 이에 따라 계속 바뀌어야 한다

물레야 돌아라, 돌리는 방법이 원자력 화력 수력이다,
고정된 자석. F가 돌아가야 한다. 원자력 수력 화력등은 돌리는 방법이고 화력 원자력은 전기(수증기)를 이용해서 돌리면서 전기를 만든다. 여기서 전류 방향은 평면에서 아래 위 두방향이다, 1초에 60번씩 돌면서 교류가 된다.
FBI에서 B(V)는 고정이 되어 있고 F가 방향이 바뀌면서 돌아간다.

곡선은 없다, 곡선은 분해를 해서 점으로 그리고 선으로 변환시킨다.
모든 것은 직선이고 직선의 춤이 생명이다, 동적 다이나믹스가 바로 생명이다. 우주 전체는 변화하는 상태이고 디지털이다, 

수백 가지의 전자기기는 모두 이 원리다. I교류 B고정 F돌린다.

어제 배운 내용 복습 

양자역학 

e는 허수,k는 벡터다

kx는 공간벡터, wt는 시간 벡터( 오메가 w는 시간을 차원을 갖는다 . 주파수)

여담: 공부법 (억! + 그까짓것!!)

자신이 공부할 때나 자녀들을 공부시킬 때 대상에 대해서 한발 물러서서 봐라 지금까지 공부는 why? 그게 뭐야~ 위주의 공부
지금까지는 의미 원리를 묻고 답하는 위주 why의 세계를 공부해 왔다, why를 강조해서 놓친 부분이 what을 놓쳤다, 박사님의 공부방식은 what이다.
뜨거운 불에 닿는 순간 why ? 를 묻느냐, what ! 을 묻느냐 .
물음표보다 느낌표에 집중해라.
놀람반응. 경탄 환희가 있어야 공부가 빨리 는다.
조장희 박사님 잘 쓰시는 말씀 “어+ 그까짓껏 !!!”이 두 가지면 다 된다. 공부는 어느 수준에 올라가면 그냥 줍는 것이다. 놀란 반응은 dopamin반응 지치지 않는다
일절만!!  부부, 친구 등과의 관계도 일절만 하자  

어제 신라왕 56명 암기법
56명 외우는 사람 멍청하다
중요한 거부터 외우자.
말뚝박기가 중요하다, 출발이 중요한 사람 내물왕 (신라17대왕, 356년)이다
3의 법칙 이용해서 암기하자  

포항 방사광 가속기 탐사 

단백질 입체구조를 들고 계시는 박사님

3세대 방사광가속기

4세대 방사광가속기

저의 후기 
경험해 보지 못한 상상 속 에서만 존재하던 근원 물질을 보는 기계가 눈앞에 펼쳐져 있는 것을 보고, 세상의 가장 작은 존재를 보기 위한 이런 거대한 기계(?)의 존재를 보고 난 흥분된 가슴이 아직도 식지 않습니다.
그리고 그 기계를 접했어도 장님이 코끼리 다리를 만지듯이 그냥 지나칠 수 있는 부분을 열강을 통해서 눈뜨게 도와 주신 박사님 정말 감사합니다.
이 거대한 가속기가 언젠가는 (지금 과학 발달 수준으로 봐서는 머지않은 시간에) 모니터화 되어서 우리 일상에서 바로바로 눈으로 볼 수 있게 될 날이 올 것 같아서 더 가슴이 뜁니다.

박자세가 아니면 절대 접하지 못했을 이 모든것들에 대해서 감사합니다.

그리고 이런 가슴뜀을 같이 공유할 수 있는 분들이 옆에 계시다는 것에 더욱더 감사를 드립니다.
박사님 강의를 들으시는 여러 선생님들의 반짝거리는 그 살아있는 눈이 잊혀지질 않습니다.

오랜 시간 그리 살겠습니다.
후기에 쓴 사진과 여러 가지 도와주신 임현진 선생님 사랑해요~~