The law of conservation of mass - Todd Ramsey

질량보존의 법칙 - 토드 램지 (Todd Ramsey)

번역: Jihyeon J. Kim 검토: Jeong-Lan Kinser

Where does all this stuff come from?

물질은 어디서 온 것일까요?

This rock?

이 돌멩이?

That cow?

저 젖소?

Your heart?

여러분의 심장?

Not the things themselves, mind you, but what they're made of:

물체 그 자체가 아니라 뭐랄까, 그것의 구성요소 말이죠.

the atoms that are the fabric of all things.

모든 것의 소재인 원자입니다.

To answer that question, we look to the law of conservation of mass.

이것을 알기 위해 질량보존의 법칙을 살펴봅시다.

This law says take an isolated system

이 법칙은 물질과 에너지가 넘나들 수 없는

defined by a boundary that matter and energy cannot cross.

경계로 정의된 고립계를 말합니다.

Inside this system, mass, a.k.a. matter and energy,

이 체계안에는 질량, 다른 말로 물질과 에너지가

can neither be created nor destroyed.

생겨나지도 없어지지도 않는다고 합니다.

The universe, to the best of our knowledge,

우리가 아는 한 우주는

is an isolated system.

고립계입니다.

But before we get to that, let's look at a much smaller and simpler one.

그것보다 먼저 보다 작고 단순한 것을 살펴봅시다.

Here we have six carbon atoms, 12 hydrogen atoms,

여기 탄소 원자 6개와 수소 원자 12개,

and 18 oxygen atoms.

18개의 산소 원자가 있습니다.

With a little energy, our molecules can really get moving.

에너지가 조금만 있으면 분자들이 활발히 움직입니다.

These atoms can bond together to form familiar molecules.

이 원자들은 서로 결합하여 친숙한 분자를 형성합니다.

Here's water,

물이 있고,

and here's carbon dioxide.

이산화탄소가 있습니다.

We can't create or destroy mass.

질량은 만들어내거나 파괴할 수 없습니다.

We're stuck with what we've got, so what can we do?

가지고 있는 것이 다입니다. 그럼 우린 어떻게 할까요?

Ah, they have a mind of their own.

그것은 스스로의 생각을 가지고 있군요.

Let's see. They've formed more carbon dioxide and water, six of each.

각 6개의 이산화탄소와 물이 형성됩니다.

Add a little energy, and we can get them to reshuffle themselves to a simple sugar,

에너지를 조금 투입하여 뒤섞어서 단당류와

and some oxygen gas.

산소 기체를 만들 수 있습니다.

Our atoms are all accounted for: 6 carbon, 12 hydrogen, and 18 oxygen.

여기 원자들은 모두 탄소 6개, 수소 12개, 산소18개로 되어 있습니다.

The energy we applied is now stored in the bonds between atoms.

투입한 에너지는 원자들 사이의 결합구조에 저장되어 있습니다.

We can rerelease that energy

단당류를 다시 물과 이산화탄소로 분리하여

by breaking that sugar back into water and carbon dioxide,

에너지를 재방출할 수 있습니다.

and still, same atoms.

여전히 동일한 원자입니다.

Let's put a few of our atoms aside and try something a little more explosive.

원자 몇개를 빼고 좀 더 폭발력있는 것을 해봅시다.

This here is methane, most commonly associated with cow flatulence,

이건 보통 암소의 가스와 관련된 메탄입니다.

but also used for rocket fuel.

로켓 연료로도 쓰이지요.

If we add some oxygen and a little bit of energy,

산소와 에너지를 조금 투입합니다.

like you might get from a lit match,

성냥불 같은 것으로요.

it combusts into carbon dioxide, water and even more energy.

이산화탄소와 물, 더 많은 에너지를 내며 연소합니다.

Notice our methane started with four hydrogen,

메탄은 수소 네 개로 시작해서

and at the end we still have four hydrogen captured in two water molecules.

마지막에도 두 개의 물 분자속에 여전히 네 개의 수소가 남는 것에 주목하세요.

For a grand finale, here's propane, another combustible gas.

오늘의 하이라이트인 프로판과 다른 연소 가스입니다.

We add oxygen, light it up, and boom.

산소를 넣고 불을 붙이면 펑하고,

More water and carbon dioxide.

물과 이산화탄소가 생깁니다.

This time we get three CO2s

이번엔 이산화탄소가 세 개 생깁니다.

because the propane molecule started with three carbon atoms,

프로판 분자는 세 개의 탄소원자로 시작하니까요.

and they have nowhere else to go.

그것은 사라지지 않습니다.

There are many other reactions we can model with this small set of atoms,

이 작은 원자 모음으로 다른 반응들도 볼 수 있습니다.

and the law of conservation of mass always holds true.

질량보존의 법칙은 언제나 통합니다.

Whatever matter and energy go into a chemical reaction

화학 반응을 거친 어떤 물질이나 에너지는

are present and accounted for when it's complete.

그대로 존재하고 반응이 완성돼도 그대로 있습니다.

So if mass can't be created or destroyed,

질량이 생성되거나 파괴되지 않는다면

where did these atoms come from in the first place?

애초에 원자는 어디에서 온 것일까요?

Let's turn back the clock and see.

과거로 가서 한 번 봅시다.

Further, further, further, too far.

더, 더, 더, 너무 많이 갔어요.

Okay, there it is.

네, 거깁니다.

The Big Bang.

빅뱅입니다.

Our hydrogen formed from a high-energy soup of particles

고에너지 입자로부터 형성된 수소가 삼 분안에

in the three minutes that followed the birth of our universe.

우주의 탄생을 만들어 냅니다.

Eventually, clusters of atoms accumulated and formed stars.

마침내 원자 덩어리가가 쌓여 별이 생성됩니다.

Within these stars, nuclear reactions fused light elements,

별 안에서 핵반응이 일어나 가벼운 원소들을 융합합니다.

such as hydrogen and helium,

수소나 헬륨같은 것이죠.

to form heavier elements, such as carbon and oxygen.

그래서 탄소나 산소 같은 무거운 원소를 생성합니다.

At first glance, these reactions may look like they're breaking the law

그냥 보면 이 반응들이 보존법칙을 깨는 것처럼 보입니다.

because they release an astounding amount of energy,

원래 없었던 엄청난 에너지를 방출하는 것처럼 보이니까요.

seemingly out of nowhere.

However, thanks to Einstein's famous equation,

아인슈타인의 유명한 방정식 덕분에

we know that energy is equivalent to mass.

에너지는 질량과 동일하다는 것을 압니다.

It turns out that the total mass of the starting atoms

시초 원자의 총 질량은

is very slightly more than the mass of the products,

결과물의 질량보다 살짝 많고

and that loss of mass perfectly corresponds to the gain in energy,

질량 손실분은 정확히 에너지 증가분과 동일하다는 것이밝혀졌습니다.

which radiates out from the star as light, heat and energetic particles.

별에서 빛, 열, 에너지 입자로 방출되는 에너지죠.

Eventually, this star went supernova

마침내, 이 별은 초신성이 되어

and scattered its elements across space.

원소를 우주 곳곳에 뿌립니다.

Long story short, they found each other and atoms from other supernovas,

요약하면, 원소가 서로 모이고 초신성에서 나온 원자들이

formed the Earth,

지구를 형성하고

and 4.6 billion years later got scooped up to play their parts

46억년 후에 서로 모이게 되어

in our little isolated system.

우리 고립계속에서 각각의 역할을 하게 된 것이죠.

But they're not nearly as interesting as the atoms that came together to form you,

하지만 원자가 모여 여러분이 되고

or that cow,

암소가 되고

or this rock.

돌멩이가 된 이야기만큼 흥미롭진 않습니다.

And that is why, as Carl Sagan famously told us,

그래서 칼 세이건이 한 유명한 말이 있죠,

we are all made of star stuff.

"우리는 모두 별 가루로 만들어져 있습니다."