Ⅰ. 우주의 기원과 진화 3. 원자의 형성

원자의 구성 - 원자핵 (+) 와 전자 (-) - 전기적 중성 - 원소의 종류마다 원자핵의 질량과 전자의 개수가 다름

원자핵의 구성 - 양성자와 중성자의 결합 ( 강한 핵력 ) 으로 구성 - 양성자는 양 (+) 전하를 띠고 중성자는 전하를 띠지 않음 - 중성 원자 ( 양성자의 개수 = 전자의 개수 = 원자번호 )

질량수 = 양성자수 + 중성자수 동위 원소 : 양성자수는 같고 중성자수가 다른 원소 원자핵의 표시 : 원자번호 ( 양성자 수 ) 가 Z 이고 질량수가 A 인 원소 X 의 원자핵은

원자핵양성자수중성자수 수소 10 중수소 11 삼중수소 12 헬륨 22

초기 우주에서는 쌍생성과 쌍소멸이 일어나 물질이 생성되고 소멸되었다. 쌍생성 : 입자와 반입자의 쌍으로 입자가 생기는 것 쌍소멸 : 입자와 반입자가 충돌하여 빛을 내며 사라지는 것 ( 반입자 : 입자와 질량 등 모든 것이 같고 전하의 부호가 반대인 입자 )

입자가 반입자보다 약 10 억개에 한 개 꼴로 많아 오늘날의 물질을 이루는 입자가 만들어졌다.

빅뱅 후 100 만분의 1 초 ( 온도 10 조 K) 일 때부터 쿼크가 결합하여 중성자와 양성자를 형성 빅뱅 후 1 초 ( 온도 100 억 K) 가 되자 양성자와 중성자의 개수비가 7:1( 또는 8:1) 로 고정되었고, 쿼크가 중성자와 양성자를 만드는 일도 더 이상 일어나지 않았다.

위 (u) 쿼크와 아래 (d) 쿼크가 강한 핵력에 의해 결합

 ( 반입자 ) 는 입자와 질량 등 모든 것이 같고 전하의 부호만 반대인 입자이다.  쌍생성으로 생긴 입자로 물질을 이루는 가장 기본이 되는 것을 기본입자라고 부르며, ( 쿼크 ) 와 ( 랩톤 ) 이 있다.  양성자는 위 쿼크 ( 2 ) 개, 아래 쿼크 ( 1 ) 개로 구성되며, ( +) 의 전하를 갖는다.

 ( 반입자 ) 는 입자와 질량 등 모든 것이 같고 전하의 부호만 반대인 입자이다.  쌍생성으로 생긴 입자로 물질을 이루는 가장 기본이 되는 것을 기본입자라고 부르며, ( 쿼크 ) 와 ( 랩톤 ) 이 있다.  양성자는 위 쿼크 ( 2 ) 개, 아래 쿼크 ( 1 ) 개로 구성되며, ( +) 의 전하를 갖는다.

 ( 반입자 ) 는 입자와 질량 등 모든 것이 같고 전하의 부호만 반대인 입자이다.  쌍생성으로 생긴 입자로 물질을 이루는 가장 기본이 되는 것을 기본입자라고 부르며, ( 쿼크 ) 와 ( 랩톤 ) 이 있다.  양성자는 위 쿼크 ( 2 ) 개, 아래 쿼크 ( 1 ) 개로 구성되며, ( +) 의 전하를 갖는다.

 ( 반입자 ) 는 입자와 질량 등 모든 것이 같고 전하의 부호만 반대인 입자이다.  쌍생성으로 생긴 입자로 물질을 이루는 가장 기본이 되는 것을 기본입자라고 부르며, ( 쿼크 ) 와 ( 렙톤 ) 이 있다.  양성자는 위 쿼크 ( 2 ) 개, 아래 쿼크 ( 1 ) 개로 구성되며, ( +) 의 전하를 갖는다.

 ( 반입자 ) 는 입자와 질량 등 모든 것이 같고 전하의 부호만 반대인 입자이다.  쌍생성으로 생긴 입자로 물질을 이루는 가장 기본이 되는 것을 기본입자라고 부르며, ( 쿼크 ) 와 ( 렙톤 ) 이 있다.  양성자는 위 쿼크 ( 2 ) 개, 아래 쿼크 ( 1 ) 개로 구성되며, ( +) 의 전하를 갖는다.

 ( 반입자 ) 는 입자와 질량 등 모든 것이 같고 전하의 부호만 반대인 입자이다.  쌍생성으로 생긴 입자로 물질을 이루는 가장 기본이 되는 것을 기본입자라고 부르며, ( 쿼크 ) 와 ( 렙톤 ) 이 있다.  양성자는 위 쿼크 ( 2 ) 개, 아래 쿼크 ( 1 ) 개로 구성되며, ( +) 의 전하를 갖는다.

 ( 반입자 ) 는 입자와 질량 등 모든 것이 같고 전하의 부호만 반대인 입자이다.  쌍생성으로 생긴 입자로 물질을 이루는 가장 기본이 되는 것을 기본입자라고 부르며, ( 쿼크 ) 와 ( 렙톤 ) 이 있다.  양성자는 위 쿼크 ( 2 ) 개, 아래 쿼크 ( 1 ) 개로 구성되며, ( +) 의 전하를 갖는다.

 중성자는 위 쿼크 ( 1 ) 개, 아래 쿼크 ( 2 ) 개로 구성되며, 전하를 ( 갖는, 갖지 않는 ) 다.  같은 쿼크 사이에 작용하는 전자기력은 인력이다. ( ○, Ｘ )  같은 전하를 가진 쿼크 사이에 작용하는 전자기력을 이겨내고 쿼크가 서로 결합할 수 있게 해주는 힘은 ( 강력 ) 이다.

 중성자는 위 쿼크 ( 1 ) 개, 아래 쿼크 ( 2 ) 개로 구성되며, 전하를 ( 갖는, 갖지 않는 ) 다.  같은 쿼크 사이에 작용하는 전자기력은 인력이다. ( ○, Ｘ )  같은 전하를 가진 쿼크 사이에 작용하는 전자기력을 이겨내고 쿼크가 서로 결합할 수 있게 해주는 힘은 ( 강력 ) 이다.

 중성자는 위 쿼크 ( 1 ) 개, 아래 쿼크 ( 2 ) 개로 구성되며, 전하를 ( 갖는, 갖지 않는 ) 다.  같은 쿼크 사이에 작용하는 전자기력은 인력이다. ( ○, Ｘ )  같은 전하를 가진 쿼크 사이에 작용하는 전자기력을 이겨내고 쿼크가 서로 결합할 수 있게 해주는 힘은 ( 강력 ) 이다.

 중성자는 위 쿼크 ( 1 ) 개, 아래 쿼크 ( 2 ) 개로 구성되며, 전하를 ( 갖는, 갖지 않는 ) 다.  같은 쿼크 사이에 작용하는 전자기력은 인력이다. ( ○, Ｘ )  같은 전하를 가진 쿼크 사이에 작용하는 전자기력을 이겨내고 쿼크가 서로 결합할 수 있게 해주는 힘은 ( 강력 ) 이다.

 중성자는 위 쿼크 ( 1 ) 개, 아래 쿼크 ( 2 ) 개로 구성되며, 전하를 ( 갖는, 갖지 않는 ) 다.  같은 쿼크 사이에 작용하는 전자기력은 인력이다. ( ○, Ｘ )  같은 전하를 가진 쿼크 사이에 작용하는 전자기력을 이겨내고 쿼크가 서로 결합할 수 있게 해주는 힘은 ( 강력 ) 이다.

 중성자는 위 쿼크 ( 1 ) 개, 아래 쿼크 ( 2 ) 개로 구성되며, 전하를 ( 갖는, 갖지 않는 ) 다.  같은 쿼크 사이에 작용하는 전자기력은 인력이다. ( ○, Ｘ )  같은 전하를 가진 쿼크 사이에 작용하는 전자기력을 이겨내고 쿼크가 서로 결합할 수 있게 해주는 힘은 ( 강력 ) 이다.

원자핵양성자수중성자수 수소 10 중수소 11 삼중수소 12 헬륨 22

빅뱅 1 초 후 ~ 3 분 동안 빅뱅 핵합성으로 수소와 헬륨 원자핵이 생성됨 < 수소와 헬륨의 원자핵이 생성되는 과정 >  양성자 1 개 + 중성자 1 개 -> 중수소 원자핵 양성자 1 개 + 중성자 1 개 -> 중수소 원자핵  중수소 원자핵 + 중수소 원자핵 -> 헬륨 원자핵 중수소 원자핵 + 중수소 원자핵 -> 헬륨 원자핵

 빅뱅 후 1 초 ( 온도 100 억 K) 가 되자 양성자와 중성자의 개수비가 8 : 1 (7 : 1) 로 고정되었고, 쿼크가 중성자와 양성자를 만드는 일도 더 이상 일어나지 않았다.  초기 우주의 양성자 대 중성자 개수 비율 = 7 : 1

 헬륨 원자핵은 양성자 2 개, 중성자 2 개로 구성되므로 빅뱅 핵합성 후 수소와 헬륨의 개수 비율 = 12 : 1 수소와 헬륨의 질량비 = 3 : 1 헬륨

 초기 우주의 양성자 대 중성자 개수 비율 = 7 : 1  헬륨 원자핵은 양성자 2 개, 중성자 2 개로 구성되므로 빅뱅 핵합성 후 수소와 헬륨의 개수 비율 = 12 : 1 수소와 헬륨의 질량비 = 3 : 1 헬륨

 초기 우주의 양성자 대 중성자 개수 비율 = 7 : 1  헬륨 원자핵은 양성자 2 개, 중성자 2 개로 구성되므로 빅뱅 핵합성 후 수소와 헬륨의 개수 비율 = 12 : 1 수소와 헬륨의 질량비 = 3 : 1 헬륨

 초기 우주의 양성자 대 중성자 개수 비율 = 7 : 1  헬륨 원자핵은 양성자 2 개, 중성자 2 개로 구성되므로 빅뱅 핵합성 후 수소와 헬륨의 개수 비율 = 12 : 1  수소와 헬륨의 질량비 = 3 : 1 헬륨 12 4

 초기 우주의 양성자 대 중성자 개수 비율 = 7 : 1  헬륨 원자핵은 양성자 2 개, 중성자 2 개로 구성되므로 빅뱅 핵합성 후 수소와 헬륨의 개수 비율 = 12 : 1  수소와 헬륨의 질량비 = 3 : 1 헬륨

 우주의 헬륨의 양 측정 : 선 스펙트럼의 분석을 통해 우주에서 헬륨의 질량비가 22~25% 로 측정  수소과 헬륨의 질량비는 빅뱅 이론의 증거가 됨

 우주에 존재하는 ( 수소 ) 와 ( 헬륨 ) 은 대부분 빅뱅 핵합성에 의해 생성된 것이다.  우주에 존재하는 수소와 헬륨의 개수비는 12 : 1 이며, 질량의 비는 약 ( 3:1 ) 이다.  헬륨과 수소의 질량비의 관측은 ( 빅뱅 ) 이론의 증거가 되었다.

 우주에 존재하는 ( 수소 ) 와 ( 헬륨 ) 은 대부분 빅뱅 핵합성에 의해 생성된 것이다.  우주에 존재하는 수소와 헬륨의 개수비는 12 : 1 이며, 질량의 비는 약 ( 3:1 ) 이다.  헬륨과 수소의 질량비의 관측은 ( 빅뱅 ) 이론의 증거가 되었다.

 우주에 존재하는 ( 수소 ) 와 ( 헬륨 ) 은 대부분 빅뱅 핵합성에 의해 생성된 것이다.  우주에 존재하는 수소와 헬륨의 개수비는 12 : 1 이며, 질량의 비는 약 ( 3:1 ) 이다.  헬륨과 수소의 질량비의 관측은 ( 빅뱅 ) 이론의 증거가 되었다.

 우주에 존재하는 ( 수소 ) 와 ( 헬륨 ) 은 대부분 빅뱅 핵합성에 의해 생성된 것이다.  우주에 존재하는 수소와 헬륨의 개수비는 12 : 1 이며, 질량의 비는 약 ( 3:1 ) 이다.  헬륨과 수소의 질량비의 관측은 ( 빅뱅 ) 이론의 증거가 되었다.

 수소와 헬륨의 질량비 수소와 헬륨의 질량비

41 번 학생

아 ! 선생님

 고온의 초기 우주는 빛의 에너지가 물질의 에너지보다 큰 ‘ 빛의 시대 ’ 였다.  빛이 우주의 팽창을 조정하였다.

 우주의 나이 1 만 년일 때 물질의 에너지가 빛의 에너지보다 큰 ‘ 물질의 시대 ’ 에 돌입하였다.  우주의 온도는 10000K, 우주의 크기는 지금의 1/10000 배  물질이 우주의 팽창 속도를 조정함 -> 팽창이 더 빠르게 진행

빅뱅  약 137 억 년 전 빅뱅으로 우주 탄생  우주 나이 ~ 초 : 급팽창으로 우주의 크기가 크게 늘어남.

양성자와 중성자의 형성  우주 나이 ~ 1 초 : 쿼크가 강력 ( 강한핵력 ) 으로 결합하여 양성자 (uud) 와 중성자 (udd) 형성

원자핵의 형성  우주 나이 1 초 ~ 3 분 : 우주의 팽창과 함께 온도가 낮아지면서 빅뱅 핵합성으로 수소 원자핵 ( 양성자 1 개 ) 과 헬륨 원자핵 ( 양성자 2 개 + 중성자 2 개 ) 형성  수소와 헬륨의 질량비 = 3 : 1 -> 빅뱅 우주론의 증거

원자의 형성  우주 나이 약 38 만 년 : 우주의 온도가 약 3000K 으로 낮아지면서 원자핵과 전자가 결합하여 중성 원자 형성  빛이 자유롭게 움직여 우주가 투명해짐. 이때 나온 빛이 우주배경복사 -> 빅뱅 우주론의 증거

별과 은하의 형성  우주 나이 7 ~ 10 억 년 : 수소와 헬륨이 중력에 의해 뭉쳐 별과 은하 형성