2023년 6월 고1 학평 (2015 교육과정) 통합과학 3번 해설
3.
그림은 프레드 호일이 주장한 우주의 모형을 모식적으로 나타낸 것이다. 이 모형에서 시간의 흐름에 따라 일정하게 유지되는 값만을 <보기>에서 있는 대로 고른 것은? [2점]
- ① ㄱ
- ② ㄴ
- ③ ㄱ, ㄷ
- ④ ㄴ, ㄷ
- ⑤ ㄱ, ㄴ, ㄷ
②
상자가 커지고(크기 증가) 은하 수가 늘지만(질량 증가) 은하 간격은 그대로(밀도 일정) → 일정한 값은 밀도뿐 → 정답 ②.
핵심 개념
정상 우주론은 우주가 팽창하면서 생기는 빈 공간에 물질이 계속 생겨나 우주의 밀도가 일정하게 유지된다고 본다.
단서 따라가기
- 시간이 흐를수록 상자 속 은하 수 9개 → 49개 → 121개팽창으로 생긴 빈 공간에 물질이 계속 새로 만들어지므로 우주 전체의 질량은 증가한다 보기 ㄱ (변함 — 증가)
- 상자가 커져도 은하 사이 간격은 같음부피가 늘어난 만큼 물질도 늘어나 단위 부피당 질량인 밀도는 일정하다 보기 ㄴ (일정)
- 상자 크기가 시간에 따라 점점 커짐우주는 팽창하므로 우주의 크기는 증가한다 보기 ㄷ (변함 — 증가)
정답 근거
보기 ㄴ: 프레드 호일의 정상 우주론에서는 우주가 팽창하면서 생기는 빈 공간에 물질이 계속 만들어지므로, 우주의 부피가 커지는 만큼 질량도 늘어 밀도가 일정하게 유지된다(그림에서 은하 사이 간격이 일정). 따라서 일정한 값은 ㄴ뿐이고 정답은 ②이다. (ㄱ의 질량과 ㄷ의 크기는 시간이 흐를수록 증가한다.)
선지별로 왜 틀렸나
①
함정 '질량 보존'을 우주 전체에 적용해, 우주가 커져도 물질의 총량은 변하지 않는다고 생각하기 쉽다. 이는 빅뱅 우주론의 관점이다.
ㄱ은 새 물질이 계속 생겨 질량이 증가하므로 틀리고, 일정한 ㄴ이 빠졌다.
③
함정 정상(定常) 우주라는 이름 때문에 우주 자체의 크기나 질량이 변하지 않는다고 여기기 쉽다.
ㄱ의 질량과 ㄷ의 크기는 모두 증가하므로 틀리고, 일정한 ㄴ이 빠졌다.
④
함정 밀도가 일정하다는 것과 크기가 일정하다는 것을 함께 묶어 '정상 상태'로 이해하기 쉽다.
ㄴ은 일정하지만, ㄷ의 우주 크기는 팽창으로 증가하므로 틀리다.
⑤
함정 정상 우주론을 '아무것도 변하지 않는 우주'로 잘못 기억하기 쉽다.
ㄴ은 일정하지만, ㄱ의 질량과 ㄷ의 크기는 모두 증가하므로 틀리다.
이 문항이 묻는 능력
모형 그림의 은하 수와 간격 변화를 읽어 정상 우주론에서 우주의 크기·질량·밀도가 어떻게 변하는지 구별하는 능력
다음에 비슷한 문제를 만나면
모형이 어떤 우주론(빅뱅/정상 우주론)인지 그림의 은하 수·간격 변화로 판별 → 크기, 질량, 밀도를 각각 증가·일정·감소로 판정
관련 개념
정상 우주론 빅뱅 우주론 우주 팽창 밀도
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