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"물리학"은 물질과 에너지 그 자체와, 상호작용을 연구하는 자연과학의 한 분야이다. 이는 우주의 기본적인 구성 요소와 그들이 어떻게 행동하는지에 대한 이해를 목표로 한다. 물리학은 매우 광범위한 학문으로, 모든 규모의 현상을 다룬다. 실험, 관찰, 그리고 수학적 모델링을 통해 자연의 법칙을 밝혀내고 설명하는 것을 중요하게 생각한다. 물리학의 원리는 현대 기술의 발전에 필수적인 토대를 제공하며, 우리의 일상생활과 밀접하게 관련되어 있다.

"생명"은 살아있는 존재가 가지는 고유한 상태를 의미하며, 죽음과 대비되는 개념이다. 생명체는 물질대사, 성장, 생식 등 스스로를 유지하고 번식하는 다양한 생명 활동을 나타낸다. 이러한 생명 활동은 외부 환경에 적응하고 상호작용하며, 끊임없이 변화하는 특징을 지닌다.

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교사와 학생이 함께 활동하는 사진 첨부 (3장)

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A4 반 장~한 장 정도 분량의 활동 결과물 작성.

❗기한은 활동 후 3일 이내❗

예시) 소감문/책 Q&A 등등

담당교사가 배부한 프린트물도 작성해야함.

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‘하루북’ 사이트를 활용하여 2-4쪽 분량의 제작. 예시 공유 예정. -6월 말 경까지 완성 (으로 예상중)

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게시물을 작성하여 그 날의 결과물을 업로드합니다.

(파일, 사진, 텍스트 등등)

제목: 학번 이름

내용: 결과물의 내용

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사진 파일 업로드 예시

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한글 파일 업로드 예시

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이미지 검색 업로드 예시

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사전개념학습

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사전내용 학습

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생명의물리학에 나오는 과학용어 정리

레이놀즈 수:유체 속에서 움직이는 물체가 관성의 영향을 많이 받는지 점성의 영향을 많이 받는지를 나타내는 수치

점성:유체(액채와 기체)의 끈적거리는 정도 미생물은 낮은 레이놀즈 수(관성보다 점성이 우세한 환경)에서 살아가기 때문에 우리와 전혀다른방식으로 움직임

확산:분자들이 농도 차에 따라 퍼지는 현상. 세포 내 물질 전달에 결정적이며 생명체의 크기에 제한을줌

표면적과 부피의 관계:생명체가 커질수록 표면적은 제곱으로,부피는 세제곱으로 증가 물질 교환이나 열 발산이 어려워져 구조적 변화가 필요함

에너지 보존 법칙:모든 에너지는 그 형태만바뀌지사라지지 않는다 생명은 에너지를 사용할 수는 있지만 만들어내지 못함 에너지의 흐름이 생명 유지의 핵심임

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토론내용

나의 의견:기계처럼 작동하는 시스템이고, 물리학으로 설명 가능하다

이유: 생명체는 복잡한 물리적,화학적으로 이루어진 하나의 시스템이다 뇌, 심장, 세포 등은 특정한 법칙(열역학, 생물학적 피드백 등)을 따르며 작동한다.의식조차도 뇌 속의 신경회로에서 나오는 결과라고 본다.

책내용:생명의 현상을 물리학적 법칙으로 생성된 결과이다.

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책 제목: 『생명의 물리학』

- 생명현상을 물리학과 정보이론으로 설명하려는 책

토론 주제: 생명은 기계적 시스템인가 물리학이 설명 못하는 무언가인가?

내 입장: 생명은 기계적 시스템이다.

근거: 물리학의 관점에서 생명은 복잡한 기계처럼 볼 수 있다. 생명체는 원자와 분자로 이루어져 있고, 세포 속 모든 작용도 물리와 화학 법칙에 따라 움직인다. 또한, 책 내용에 따르면 생명도 에너지 흐름과 정보 처리로 설명할 수 있으며, 의식이나 감정도 물리적인 과정이라고 본다. 따라서 생명은 신비한 존재가 아니라 자연 법칙으로 이해할 수 있는 현상이다.

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생명은 기계적 시스템인가 물리학이 설명하지못하는 무언가인가

나의 주장: 생명은 물리학이 설명못하는 무언가이다.

1.의식과 주관적 경험

의식과 같은 주관적 경험이 물리적 설명만으로는 충분히 이해되지 못합니다.예를들어 박쥐가 되는 것은 어떤 느낌일까? 라는 질문을 통해 주관적 경험의 본질이 객관적 물리학으로는 설명되지않는다는것을 알수있습니다

2.생명과 정보처리

일부 연구자들은 생명체가 환경으로부터 정보를 수집하고 처리하여 생존과 번식을 위한 결정을 내리는 예측 기계로 작동한다고 봅니다. 이러한 정보 중심의 접근은 생명을 단순한 물리적 시스템 이상의 것으로 이해하려는 시도입니다. 마치 사람의 모든행동과 생각을 물리학의 법칙으로 설명 할 수 없듯이 생명은 물리학으로 설명되지 않습니다.

3.결론

생물의 번식이나 진화 등 물리학으로 설명되는것들도 있지만 외적인 변화에 국한됩니다. 생물의 내적 사고 또 생물들끼리의 대화수단 달걀중 무엇이 먼저인지 모르는것처럼 생명은 아직 거의 밝혀지지 않은 미지의 세계입니다. 이러한 근거들로 저는 생명체는 기계적 시스템이 아닌 설명할 수 없는 무언가라고 생각합니다.

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토론주제:생명은 기계적 시스템인가 물리학이 설명 못하는 무언가인가?

내의견:생명은 물리학의 법칙과 물리학이 설명하지못하는 무언가가 섞이어 진화하고 생겨난것이다.

근거:생명은 물리 법칙의 지배를 받지만, 물리학만으로 설명되지 않는 독특한 속성을 지니고 있다. 그 대표적인 예는 의식이다 물리학과 화학은 생명체의 구조와 기능을 설명할 수 있지만 생명체가 가지는 주관적 경험과 자기 인식 감정과 같은 현상은 단순한 물리적 상호작용으로 환원할 수 없다 철학자 데이비드 차머스(David Chalmers)는 이를 의식의 어려운 문제(hard problem of consciousness)라고 부르며 뇌의 신경 활동을 기술하는 물리적 설명만으로는 의식의 본질을 해명할 수 없다고 지적한다(Chalmers, 1995)

또한, 생명체의 복잡성과 자기조직화는 물리학적 법칙만으로는 충분히 설명되지 않는다 생명체는 단순히 물리 법칙을 따르는 기계가 아니라 스스로 복잡한 질서를 창출하고 유지하는 능력을 지닌다 복잡계 과학자 스튜어트 카우프먼(Stuart Kauffman)은 생명을 단순한 물리학 방정식으로는 기술할 수 없는 자기조직화된 복잡계로 보았다그는 물리학적 제약이 가능성의 범위를 설정하더라도, 생명체의 동적 시스템은 자체적으로 새로운 질서를 만들어내며 진화한다고 주장한다

무엇보다 물리학은 자연 현상을 목적 없이 설명하지만 생명체는 외부 에너지를 흡수하고 질서를 유지하며 번식하려는 목적 지향적 행동을 보인다. 생명체는 단순히 물리 법칙에 따라 움직이는 물질 덩어리가 아니라 내적목적성을 지닌 존재이다. 진화생물학자 에른스트 마이어는 생명을 단순한 기계로 보기보다는 생명체가 가지는 목적성을 이해해야 한다고 주장한다

결국 생명은 물리학적 법칙에 의해 설명될 수 있는 측면이 분명 존재한다 그러나 의식 복잡성 목적성은 단순한 물리학 방정식으로 완전히 설명할 수 없다 생명에 대한 이해는 물리학과 생물학, 복잡계 이론 심지어 철학까지 아우르는 통합적 접근이 필요하다 생명은 단순한 기계가 아니라 그 이상의 복잡하고 신비로운 현상이라는 점을 우리는 인정해야 할 것이다

참고문헌:Chalmers, D. J. (1995). Facing up to the problem of consciousness.

Kauffman, S. A. (1993). The Origins of Order: Self-Organization and Selection in Evolution.

Mayr, E. (1982). The Growth of Biological Thought: Diversity, Evolution, and Inheritance.

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실생활속에 적용된 생명현상의 물리적법칙

1.광합성

식물은 햇빛을 이용해 스스로 양분을 만들어내는 과정이다.이 생명 현상에는 에너지 전환의 법칙 (에너지 보존 법칙)이 존재한다.햇빛 에너지(빛 에너지)가 식물 내부에서 화학 에너지(포도당 등)로 전환되는 현상이다.

2.증산작용

식물 잎에서 물이 수증기로 날아가면서,뿌리에서 물을 끌어올리는 현상이다.이 현상에는 기체 확산의 법칙이 작용한다.잎의 기공을 통해 수증기가 빠져나가고, 이 과정에서 냉각 효과도 발생한다.

3.물의 이동

뿌리가 물을 흡수해서 줄기를 통해 잎과 꽃까지 전달하는 현상이다.농도차에 의한 물의 이동이 작용한다.
뿌리 주변보다 식물 내부의 농도가 높으면, 물이 자연스럽게 뿌리로 들어가는 원리이다.

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침엽수림의 대표적인 소나무 계열 나무로

기본적인 광합성,증산작용,호흡작용 외에도

침엽수림은 광보호색소 반응을 가진다. 겨울에도 살아남기 위해 자외선을 차단하는 색소를 만드는 반응으로 예시로는 카로티노이드가 있다.또한 송진을 생성하여 감염과 곤충으로부터 자신을 보호한다

침엽수림의 특징으로는

1.바늘처럼 표면적이 좁은 잎의 형태로 증산을 줄여 손실을 최소화한다

2.유선형가지 배치로 눈과 바람을 잘 버틸수있는 역학적 안정성을 가짐

추가 연구

레드 우드.

평균 높이(60~100m)

물은 보통 10미터 이상 올라가기 어렵다고 알려져있다 하지만 나무는 이 한계를 뛰어넘어 수십 미터까지 물을 끌어올린다 일반적으로 물을 진공펌프로 끌어올릴 때는 대기압의 영향으로 약 10.3미터가 최대이고 그 이상은 물리적으로 불가능합니다.

하지만 나무는 증산작용이라는 생명현상을 통해 이 문제를 해결한다.잎에서 수분이 증발하면서 위쪽에서 물을 끌어당기고 뿌리에서부터 물이 연속적으로 연결된 도관을 따라 올라가는 이 과정에는 물 분자끼리 붙는 응집력 줄기의 가는 물관에서 생기는 모세관 작용도 함께 작용한다

즉 나무는 단순히 기압이 아니라 생물학적 작용과 물리적 힘을 활용해 10미터 이상의 높이에서도 물을 끌어올릴 수 있는 것이다

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우리가 토론한 것처럼, 생명은 단순한 기계일까? 아니면 어떤 ‘설명 불가능한 무언가’가 있을까?

이 질문을 들고, 직접 식물을 관찰하고 조사하며 그 힌트를 찾아보기로 함.

식물 사진(꽃, 풀): 생명의 가장 기본적인 활동인 광합성은 빛, 물, 이산화탄소를 이용해 에너지를 만든다.

이 과정은 매우 정확하고 기계적인 메커니즘처럼 보임 (물리학·화학 법칙으로 설명 가능).

생명의 물리학에서는 생명을 질서를 만들어내는 존재, 에너지를 흐르게 하는 정보 시스템으로 봄.

광합성도 그 정의에 맞음 → 빛 에너지를 질서정연하게 활용해서 생명을 유지함

또한 광합성은 태양의 빛(=별의 에너지) 없이는 불가능.

즉, 지구의 생명은 우주의 에너지 흐름 위에서 존재함.

별에서 만들어진 원소, 태양에서 온 빛 → 생명은 우주의 산물

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이 사진에서는 광합성이 일어나고 광합성은 밑에있은 물리법칙의 작용에 따라 일어난다

에너지 보존 법칙 (열역학 제1법칙)

정의:에너지는 생성되거나 소멸되지 않고, 형태만 바뀐다.

광합성과의 관계:
광합성에서는 햇빛의 빛 에너지가 화학 에너지(포도당)로 변환된다
→ 즉, 빛 에너지가 없어지는 것이 아니라, 식물 내부에서 화학 결합 에너지로 바뀌는 것이다
> 예시: 6CO₂ + 6H₂O + 빛 에너지 →

C₆H₁₂O₆ + 6O₂

엔트로피 증가 법칙 (열역학 제2법칙)

내용: 고립된 계에서는 엔트로피(무질서도)가 항상 증가하려는 경향이 있다.

광합성과의 관계:
식물이 에너지를 사용해서 이산화탄소와 물을 정리된 형태(포도당)로 바꾸는 것은 엔트로피를 낮추는 행위이다
→ 하지만, 주변(태양)에서 많은 에너지를 받아왔기 때문에 계 전체로 보면 엔트로피는 증가한다
> 정리하면, 식물 내부에서는 질서가 생기지만, 전체 우주 입장에선 여전히 법칙을 어기는 게 아닌다

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