자유시간

빛의 98.1%를 반사하는 역사상 가장 새하얀 페인트가 미국 퍼듀대학의 기술로 개발되었습니다. 빛을 최대 99.9%를 흡수하는 '지상에서 가장 검은 물질'인 벤타블랙과 쌍을 이루는 이 페인트는 가시광선뿐만 아니라 열을 전달하는 적외선도 반사하므로, 물체가 햇빛으로 인해 따뜻하게 되는 것을 막기 위한 냉방과 지구온난화 대책에 도움이 될 가능성이 있습니다.

The whitest paint is here – and it’s the coolest. Literally. - Purdue University News
https://www.purdue.edu/newsroom/releases/2021/Q2/the-whitest-paint-is-here-and-its-the-coolest.-literally..html

World’s Whitest Paint: How Can It Fight Global Warming? | Science Times
https://www.sciencetimes.com/articles/30695/20210415/world-s-whitest-paint-science-invention-help-fight-global-warming.htm

하얀 지붕으로 햇빛을 반사하면 태양광에 의한 지표의 가열을 줄여 냉방가동률도 억제할 수 있기 때문에 노벨물리학상 수상자인 스티븐 추 씨는 "온난화를 막기에는 세계의 지붕을 하얗게 칠해야 할 것"이라고 주장했습니다.

그래서 퍼듀대학의 기계공학 교수인 시우린 루앙 씨 연구팀은 100종류 이상의 소재를 연구하였고, 그 중에서 10가지를 골라 각 소재를 50가지 방법으로 테스트한 끝에 '빛의 95.5%를 반사하는 흰색 페인트'를 개발했습니다.

아래의 영상에서 실제로 페인트를 사용하여 냉각효과를 확인하는 실험의 모습을 볼 수 있습니다.

Radiative Cooling Paint - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=caFzYvYAUo4

페인트의 개선을 목표로 시행착오를 거듭한 연구팀은 화장품과 의약품, 안료 등으로 널리 이용되는 황산바륨에 주목했습니다. 프랑스어로 '영원한 흰색(blanc fixe)'이라고 불리는 황산바륨을 페인트로 하면 탄산칼슘으로 만든 이전의 페인트를 웃도는 반사율을 실현할 수 있다는 것을 알게 되었습니다.

이번에 개발된 도료를 칠한 판을 광선에 노출시킨 모습을 일반카메라(왼쪽)와 적외선카메라 (오른쪽)로 촬영한 결과, 흰색 페인트가 칠해진 판의 색상이 어두워지는 것이 확인되므로, 페인트 자체뿐만 아니라 그려진 물체에 대한 냉각효과도 있음을 알 수 있습니다.

이 페인트가 매우 흰 이유는, 황산바륨 입자가 고르지 않기 때문입니다. 황산바륨의 입자에 산란되는 빛의 양은 입자의 크기에 의존하기 때문에 입자의 크기의 차이가 클수록 태양광에 포함된 빛의 스펙트럼을 더욱 산란시킬 수 있다고 합니다.

연구팀이 페인트의 반사율을 측정한 결과, 이번에 개발된 도료는 98.1%의 태양광을 반사할 수 있다는 것을 알 수 있었습니다. 이것은 1.9%의 열이 흡수되는 것을 의미하고, 냉각효과는 이전 페인트의 2배에 달한다는 것. 이 냉각효과 덕분에 페인트가 칠해진 물체는 햇빛 아래에서도 주위보다 4.4도나 온도가 낮았고 밤에는 10.5도의 온도 차이를 나타냈습니다.

후앙 씨는 "1000제곱피트(약 93㎡)의 지붕에 페인트를 바르면 10㎾ 상당의 냉각효과를 얻을 수 있다고 추정되는데, 이것은 대부분의 일반 가정에서 사용되는 에어컨보다 강력하다"고 설명합니다. 후앙 씨 연구팀이 이 도료를 개발하기 위해 사용한 기술은 시중의 도료를 제조하는 공정과 호환성이 있어서 실용화가 용이하다고 합니다.

메이지대학의 연구특별교수인 스기하라 코키치 씨가 착시를 이용하여 관점에 따라 지붕의 모양이 다르게 보이는 '변신하는 차고 지붕'이라는 작품을 발표했습니다.

'Ambiguous Objects'that change their appearances in a mirror - Kokichi Sugihara 's Homepage (Japanese)
http://www.isc.meiji.ac.jp/~kokichis/ambiguousc/ambiguouscylindere.html

일반적으로 거울에 비친 물체의 형상은 변화하지 않습니다. 그러나 스기하라 씨는 지붕의 모양이 보는 각도에 따라 달라지는 착시작품을 만들어 자신의 블로그에 공개했습니다.

스기하라 씨가 공개한 '변신하는 차고 지붕'은 정면에서 보면 둥근 지붕인데 반해 거울에 비친 지붕은 지그재그 모양으로 되어 있습니다.

Ambiguous Garage Roof - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=KtA6u1HIqbg

지붕이 놓인 베이스를 회전시키면, 지붕의 모양이 상당히 왜곡되어 있다는 것을 알 수 있습니다.

거울이 조작되어 있는 것이 아니라, 특정 각도에서는 '둥근 지붕', 다른 각도에서는 '지그재그 모양의 지붕'으로 보인다는 것.

지붕을 들어올려 거꾸로 하면 이런 느낌. 지붕은 언밸런스한 M자형으로 되어 있다는 것을 알 수 있습니다.

이것의 원리를 설명하면, 인간의 뇌는 지붕의 가장자리(빨간 선 부분)의 중심에서 수직으로 연장된 평평한 단면으로 되어 있다고 이해하길 원하는데

이 특성을 이용하여 지붕의 끝 부분을 지그재그로 절단하여 특정 각도에서 '둥근 지붕'이나 '지그재그 모양의 지붕'으로 보이게 만들어진다는 것.

이 '변신하는 차고 지붕'은 2015년도 Best Illusion of the Year Contest에서 2위를 획득했습니다.

이 '변신하는 차고 지붕'에서 이용한 특성을 이용한 여러 착시작품이 공개되어 있습니다.

보는 각도에 따라 단면의 모양이 달라지는 실린더 착시 'Ambiguous Cylinder Illusion'은 2016년 Best Illusion of the Year Contest에서 2위를 차지했고, 3D프린터에서 실제로 출력하기 위한 STL형식 데이터가 공개되어 있습니다.

Ambiguous Cylinder Illusion - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=oWfFco7K9v8

원주의 착시는 왼쪽 45도 각도에서 내려다보면 단면이 원형, 오른쪽 45도 각도에서 내려다보면 단면이 마름모꼴처럼 보이도록 설계되어 있습니다.

따라서 하나의 관점에서 두 단면이 보이게 하려면 거울을 약간 아래로 기울여 배치할 필요가 있는 점에는 주의가 필요합니다.

Apple의 AirPods Max'에서 이용할 수 있는 '공간 오디오'와 PlayStation 5에 탑재된 'Tempest 3D 오디오' 등 헤드폰으로 입체적인 서라운드 사운드를 체험할 수 있는 기술이 많이 등장하고 있습니다. 그런 서라운드 사운드시스템의 역사와 구조에 대해 오디오 기기 리뷰사이트 SoundGuys가 설명합니다.

Everything you need to know about surround sound in headphones - SoundGuys
https://www.soundguys.com/surround-sound-headphones-guide-49389/

◆ 극장에서의 서라운드 사운드시스템

극장에서의 서라운드 시스템의 역사는 디즈니가 1940년에 발표한 'Fantasound'로 시작합니다. Fantasound는 54개의 스피커를 극장의 적절한 위치에 배치하여 전후 좌우에서 소리를 재생하는 시스템이었습니다. 그러나 시스템이 고가인데다 너무 복잡해서 단 2곳의 극장만이 채용했습니다. 그 후 1960년대까지 서라운드 사운드시스템은 시장에서 사라져 있었다고 SoundGuys는 설명합니다.

1976년에는 음향업체 Dolby에서 극장용 서라운드 사운드시스템 'Dolby Stereo'를 선보였습니다. Dolby Stereo는 1977년에 공개된 스타워즈의 히트의 영향으로 많은 극장에 보급되었다고 합니다. 그 후에도 서라운드 사운드시스템의 개발은 이어져 2012년에는 천장에 스피커를 배치하는 극장용 시스템 'Dolby Atmos가 등장. 홈시어터용으로도 머리 위에 4개의 스피커를 갖춘 '7.1.4 Dolby Atmos system이 등장했습니다.

◆ 헤드폰에서의 서라운드 사운드시스템

헤드폰에서 서라운드 사운드시스템을 실현하는 방법으로 이전에는 귀 양쪽에 여러 개의 스피커를 배치하는 방법이 이용되어 왔습니다. 이 기술은 극장이나 홈시어터와 같은 구조로 서라운드 시스템을 구현할 수 있는 여러 개의 스피커를 탑재하였으나 헤드폰 본체의 부피와 무게가 커진다는 문제가 존재하고 있었습니다. 그래서 소리가 들리는 방향을 가상으로 재현하여 2개의 스피커로 서라운드 재생을 실현하는 '가상 서라운드'라는 기술이 등장했습니다.

소리는 고막에 도달하기 전에 어깨와 머리, 귀 등과 충돌하고, 동물은 충돌에 의한 소리의 변화를 인식하여 소리가 들리는 방향을 파악합니다. 이 소리가 충돌할 때 나타나는 영향을 두부전달함수(HRTF)라고 부르며, 가상 서라운드 기술은 'HRTF의 영향이 더해진 소리를 녹음'하거나 '소프트웨어 처리로 음성데이터에 HRTF를 적용'하는 수법으로 2개의 스피커에서도 소리의 방향이 느껴지는 사운드 환경을 실현하고 있습니다.

HRTF의 영향이 가해진 상태의 소리는 귀나 더미헤드에 작은 마이크를 넣어 녹음할 수 있습니다. 이러한 기술은 ASMR 콘텐츠 등에서 많이 이용되고 있습니다.

소프트웨어 처리로 음성데이터에 HRTF를 적용하는 방법은 높은 처리능력이 요구되지만, 최근 기술개발을 통해 고성능 저전력 소형칩이 등장했습니다. 또한 가상 서라운드 사운드시스템과 모션 추적을 결합하여 머리의 방향을 바꾸어도 음원의 위치가 변하지 않는 리얼한 서라운드 시스템의 구축이 가능합니다. 이러한 이유로 최근에는 가상 서라운드 사운드시스템의 표준이 기업마다 속속 등장하고 있습니다.

◆ 주요 가상 서라운드 사운드시스템 표준

Dolby가 제공하는 'Dolby Atmos for Headphones'는 수백 개의 채널을 가상으로 처리할 수 있는 가상 서라운드 시스템으로 PC · Xbox One · Xbox Series X · Xbox Series S · 스마트폰에 구현되어 있습니다. SoundGuys는 Dolby Atmos for Headphones를 "업계의 리더"라고 평가합니다. 또한 오디오 기술개발 기업 DTS가 개발한 가상 서라운드 사운드시스템인 'DTS Headphone : X'도 Dolby Atmos for Headphones와 동일한 기능을 가지고 있다고 합니다.

Sony가 개발한 'Sony 360 Reality Audio'나 사운드카드로 유명한 Creative가 개발하는 'Creative Super X-Fi'에서는 귀를 촬영하여 형상을 측정하는 방식이어서 사용자마다 다른 귀 모양에 대응한 자연스러운 서라운드 사운드를 경험할 수 있습니다. 또한 PlayStation 5에 채택된 'Tempest 3D 오디오 기술'에서는 5가지의 프로파일에서 사용자의 귀에 맞는 프로파일을 선택할 수 있습니다.

Apple이 제공하는 '공간 오디오'는 AirPods Pro와 AirPods Max에 최적화되어 있으며, 기기마다 최적의 서라운드 사운드를 경험할 수 있습니다. 머리의 움직임을 추적하는 데에도 대응하고 있어서 머리를 움직여도 자연스러운 소리를 즐길 수 있다는 것. SoundGuys는 '공간 오디오 추적시스템은 현재 사용 가능한 시스템 중 가장 진보적"이라고 호평합니다. 또한 음악 관련 소프트웨어 업체인 Media Integration이 제공하는 가상 서라운드 사운드시스템 'Waves Nx'에서도 머리의 움직임을 추적한 자연스러운 음향 경험을 얻을 수 있다고 SoundGuys는 말합니다.

Windows 10에는 무료 가상 서라운드 시스템 'Windows Sonic for Headphones'가 준비되어 있으며, 이 기능에 대한 지원을 명시하지 않은 콘텐츠에서도 입체적인 음향을 즐길 수 있습니다.

마지막으로, SoundGuys는 "여러 가상 서라운드 사운드시스템을 동시에 작동시키면 제대로 작동하지 않을 수 있다"며 하나씩 시도할 것을 권합니다.

와인 애호가들 사이에서는 와인이 특정 소재와 요리의 맛을 최대한 이끌어준다는 점이 잘 알려져 있으며, 특히 레드와인은 치즈나 고기 요리 등 기름 성분이 많은 음식과 궁합이 좋습니다. 와인의 명산지로서 세계적으로 유명한 프랑스 보르도의 보르도대학이 주도한 연구에 의해 '레드와인과 기름진 음식의 궁합이 좋은 이유'가 밝혀졌습니다.

New Insights into Wine Taste: Impact of Dietary Lipids on Sensory Perceptions of Grape Tannins | Journal of Agricultural and Food Chemistry
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jafc.0c06589

Scientists reveal the secret that makes red wine pair so well with cheese, meats, and other fatty foods
https://www.zmescience.com/medicine/nutrition-medicine/scientists-reveal-the-secret-that-makes-red-wine-pair-so-well-with-cheese-meats-and-other-fatty-foods/

French chemists discover the science behind the perfect red wine pairing
https://www.inverse.com/innovation/fatty-foods-can-make-bad-wine-taste-great

보르도대학의 연구팀은 "와인은 식사와 함께 제공되는 경우가 많은 음료입니다. 식사에 따라 와인의 맛이 변한다는 현상은 와인을 마시는 사람 사이에서는 잘 알려져 있지만, 그 메커니즘에 대해서는 잘 이해되고 있지 않았습니다"라고 연구를 시작하게 된 계기를 설명합니다. 와인에 포함된 물질이 다른 재료의 화학적 구조에 미치는 영향을 조사하는 실험과 와인에 포함된 물질을 맛보는 관능시험을 통해 와인과 와인과 함께 먹는 음식의 맛이 변화하는 원리를 검증하기로 했습니다.

와인의 맛은 다양한 물질의 영향을 받지만, 그 중에서도 특히 중요한 것 중 하나가 탄닌입니다. 탄닌은 입안의 단백질을 변성시키는 수렴작용에 의해 강한 떫은 맛을 내며, 탄닌 함량은 와인의 맛과 품질을 크게 좌우합니다. 탄닌은 포도의 껍질 등에 풍부하게 존재하기 때문에 껍질째 양조하는 적포도주에 많이 들어있고 나무 탈에서 숙성된 화이트와인도 목재 유래의 타닌이 들어있는 경우가 있습니다.

그래서 보르도대학의 연구팀은 올리브 오일 · 물 · 유화제를 섞어 만든 에멀션이라는 용액에 포도에 들어있는 탄닌의 일종인 카테킨을 첨가했습니다. 그리고 전자현미경과 핵자기공명장치로 분석한 결과, '카테킨이 첨가된 에멀션은 그렇지 않은 에멀션에 비해 지방의 입자가 크다'는 사실을 알게 되었습니다.

이 작용이 맛에 미치는 영향을 검증하기 위해 연구팀은 피실험자들에게 유채 · 포도씨 오일 · 올리브 오일 등의 식용유를 한 숟가락 분량 섭취하게 한 후 타닌 용액을 맛보는 관능시험을 실시했습니다. 그 결과, 식용유를 섭취하고 타닌 용액을 맛본 피실험자는 타닌 용액만을 맛본 피실험자에 비해 떫은 맛을 느끼는 정도가 낮았다는 것. 이 효과는 올리브 오일에서 가장 명확했는데, 올리브 오일을 섭취한 후 타닌 용액을 맛본 피실험자는 "타닌 용액이 과일 맛이 되었다"고 보고했습니다.

이러한 실험결과에 연구팀은 "타닌이 유분과 상호작용을 일으킴으로써 타액의 단백질과 결합하지 않으면서 떫은 맛의 원인이 되는 수렴작용이 일어나기 어려워졌을 가능성이 있다"고 결론지었습니다.

보르도대학의 줄리 진 교수는 이 연구에 대해 "레드와인의 타닌이 지질과 상호작용을 일으킬 수 있으며 식품에서 유래한 유지가 와인의 맛에 영향을 미칠 수 있음을 분자 수준에서 검증한 것은 이 연구가 처음입니다. 내가 이 연구에서 마음에 드는 점은, 소믈리에가 와인에 맞는 음식을 선택하는데 있어서 도움이 될 수 있다는 것"이라고 말합니다.

오랫동안 자전거 타는 법을 배울 수 있는 가장 좋은 방법은 '보조바퀴를 붙이는 것'이라고 생각되었지만, 최근에는 스트라이더 같은 페달과 보조바퀴가 없는 자전거가 연습에 바람직하다고 보고 있습니다. 이처럼 인간은 문제해결을 위해 새로운 요소를 추가하는 경향이 있으며, 기존의 요소를 없애는 것에는 서툴다는 것이 밝혀졌습니다.

Adding is favoured over subtracting in problem solving
https://www.nature.com/articles/d41586-021-00592-0

Our Brain Typically Overlooks This Brilliant Problem-Solving Strategy - Scientific American
https://www.scientificamerican.com/article/our-brain-typically-overlooks-this-brilliant-problem-solving-strategy/

유럽 일부 도시에서는 도로의 안전성을 높이기 위해 신호등과 도로 표지판을 없애는 '공유 공간'이라는 기법이 사용되고 있는데, 이것은 기존의 교통설계와는 정반대의 개념입니다.

버지니아대학에서 엔지니어로 일하는 레이디 · 크로츠 씨는 문제가 발생했을 때 요소를 제거하는 방식으로 문제를 해결하려고 하는 경우가 적다는 것을 깨달았습니다. 그래서 크로츠 씨는 이 대학의 사회심리학자인 가브리엘 아담스 씨와 함께 인간의 문제해결 능력에 대한 조사를 시작했습니다. 두 사람은 '뭔가 문제가 발생했을 때 기존의 요소를 제거하는 방식으로 문제를 해결하려고 시도하는 경우'가 드문 이유에 어떤 심리적 작용이 일어나고 있는 것은 아닐까'라는 가설을 세웠습니다.

두 사람은 가설이 맞는지 여부를 확인하기 위한 조사를 실시했습니다. 크로츠 씨에 따르면, 동종의 연구가 존재하지 않았기 때문에, 문헌 위주의 연구는 할 수 없었다고 합니다. 크로츠 씨 연구팀은 우선 91명의 피실험자에게 여러 유색의 블록을 추가 또는 제거하여 좌우대칭 모양을 만들도록 요청했습니다. 그 결과, 이 실험에서 블록을 제거하여 좌우대칭 모양을 만들어 낸 피실험자는 91명 중 18명(20%)뿐이었다고 합니다.

또한 버지니아대학의 차기 학장에게 제출된 651건의 아이디어를 조사한 결과, 기존의 규제와 관행, 프로그램의 폐지로 이어지는 것, 즉 '기존의 요소를 제거하는 방식으로 문제를 해결하려고 시도한 아이디어'는 전체의 불과 11%인 것으로 밝혀졌습니다. 이외에도 에세이 및 여정 변경을 수반하는 작업의 경우에도 마찬가지로 기존의 요소를 제거하는 방식으로 문제를 해결하려고 시도하는 경우는 적었다고 합니다.

연구팀은 Amazon Mechanical Turk에서 모집한 1500명 이상의 피실험자를 대상으로 8가지의 실험을 실시했습니다. '토대 위에 놓인 하나의 블록에 의해 지탱된 레고의 지붕을 안정시키기'라는 실험에서는 블록을 하나 추가하는 데 10센트가 소요되는 한편, 블록의 제거는 무료로 가능하다는 식으로 설정하여 레고의 지붕을 안정시키는 데 성공하면 1달러의 보수가 지급되었습니다.

이 실험은 분명 기존 요소를 제거하는 방식으로 문제를 해결하는 편이 유익한데, 이러한 문제해결에 '요소를 추가하는 방법과 제거하는 방법 두 가지가 있다'고 명확하게 제시한 경우, 피실험자는 요소를 제거하는 방식으로 문제를 해결하는 방법을 선택하는 빈도가 높아지는 것으로 나타났습니다. 또한 동시에 다른 작업(화면의 숫자를 추적하는 등)을 처리하도록 요구한 경우에는 기존의 요소를 제거하는 방식으로 문제해결을 하는 경우가 더 적어지는 경향이 나타났습니다.

연구팀은 이번 연구결과에 대해 "요소제거 방식의 문제해결을 검토하는 것이 반드시 어려운 것은 아니지만, 그 방법을 찾기 위해서는 더 많은 노력이 필요합니다"라고 말합니다.

뉴욕대학의 소비자심리학자인 톰 메이비스 씨는 "요소제거 방식으로 문제해결을 찾는 방법은 요소를 추가하는 방식으로 문제해결을 찾아내는 방법보다 명확하게 고려되지 않는 경향이 있다고 확신을 가지고 말할 수 있습니다"라고 말합니다. 기업이나 조직이 문제해결에 물건을 단순화(요소를 제거)하는 것이 아니라 복잡화(요소를 추가)하는 경향이 있는 것은 분명한데, 원인으로는 일을 복잡하게 하는 솔루션을 취하는 사람이 주변으로부터 고평가를 받는 경향이 있기 때문이라고 설명합니다.

장식품으로 높은 인기를 자랑하는 다이아몬드는 매우 단단한 물질이어서 연마재와 드릴비트의 재료로 사용되고 있습니다. 그런 다이아몬드보다 딱딱한 론스달라이트(Lonsdaleite)의 존재가 알려져 있었는데, 워싱턴주립대학의 연구팀이 육방정 다이아몬드 형성에 성공했습니다.

formed under shock compression
https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.103.L100101

Lab-made hexagonal diamonds stiffer than natural diamonds | WSU Insider | Washington State University
https://news.wsu.edu/2021/03/31/lab-made-hexagonal-diamonds-stiffer-natural-diamonds/

육방정 다이아몬드는 흑연에 운석의 충돌 등의 강한 충격과 열이 가해졌을 때 형성됩니다. 일반적인 다이아몬드가 큐빅이라는 구조를 가지고 있는 반면, 육방정 다이아몬드는 탄소원자가 육각형의 패턴으로 배치되어 있어서 이론적으로는 큐빅 다이아몬드보다 딱딱한 것으로 추정됐습니다.

그러나 천연 육방정 다이아몬드는 운석 충돌에 의한 크레이터 등에서 발견되기 때문에 불순물이 많은 순수 경도의 측정은 이루어지지 않았습니다. 실험실에서 육방정 다이아몬드를 형성하는 연구는 지금까지도 이루어져 왔지만, 형성된 육방정 다이아몬드가 너무 작거나 존재할 수 있는 시간이 너무 짧았기 때문에 경도의 측정에 이르지 못했습니다.

이번에 실시된 연구에서는 10센트 동전 크기(지름 18mm)의 원반 모양의 흑연을 시속 약 2만 4100km로 벽과 충돌시킴으로써 운석의 충격에 의한 높은 에너지를 재현했습니다. 그 결과, 경도를 측정하는 데 충분한 크기의 육방정 다이아몬드의 형성에도 성공했습니다.

형성된 육방정 다이아몬드는 수십억 분의 1초 만에 붕괴해 버리지만, 연구팀은 물질이 굳어질수록 음파가 물질 내에서 이동하는 속도가 높아진다는 점을 이용하여 육방정 다이아몬드 내에서 음파가 이동하는 속도를 레이저를 이용하여 측정하여 육방정 다이아몬드의 강성을 측정했습니다.

연구팀에 따르면, 육방정 다이아몬드는 큐빅 다이아몬드보다 높은 강성을 나타내었고, 강성을 바탕으로 추측한 경도에 근거해 "육방정 다이아몬드는 큐빅 다이아몬드보다 딱딱할 가능성이 있다"고 결론내렸습니다.

연구팀의 일원이자 워싱턴주립대학의 충격물리학 연구소 소장을 맡고 있는 요겐도라 굽타 씨는 "다이아몬드는 매우 딱딱한 결정일 뿐만 아니라 아름다운 광학 특성과 높은 열전도율을 제공합니다. 이번 연구에서 형성된 육방정 다이아몬드는 일반 다이아몬드보다 훨씬 높은 강성과 강도를 가지고 있습니다"라며 육방정 다이아몬드의 경도를 강조합니다.

연구팀의 일원인 트래비스 볼츠 씨는 "딱딱한 물질은 가공 능력이 우수하므로 다이아몬드 드릴비트 등은 공업제품에 이용되어 왔습니다. 육방정 다이아몬드는 큐빅 다이아몬드보다 단단할 가능성이 높기 때문에 큐빅 다이아몬드가 사용되어 왔던 다양한 용도의 대안으로 이용될 가능성이 있습니다"라고 말하며, 향후 육방정 다이아몬드가 안정적으로 생산될 것으로 전망합니다.

또한 2020년에는 큐빅 다이아몬드보다 딱딱하다고 추정되는 '펜타 다이아몬드'의 존재를 쓰쿠바대학의 연구팀이 예언했습니다.

Phys. Rev. Lett. 125, 016001 (2020) - Pentadiamond: A Hard Carbon Allotrope of a Pentagonal Network of sp2 and sp3 C Atoms
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.016001

Researchers building a harder diamond, called pentadiamonds
https://phys.org/news/2020-07-harder-diamond-pentadiamonds.html

우주성립의 수수께끼를 규명할 후보로서 연구가 진행 중인 '반물질'은 이동속도가 너무 빨라 포획하여 정확하게 관측하기 어렵다고 여겨져 왔습니다. 그러나 유럽입자물리연구소(CERN)의 연구그룹은 레이저 냉각을 이용하여 반수소 원자를 10배 이상 느리게 하여 포획하는 데 성공했다고 발표했습니다. 이 장치에 의해 물질 · 반물질의 차이가 더 정확하게 알 수 있게 될 것으로 기대하고 있습니다.

Laser cooling of antihydrogen atoms | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03289-6

ALPHA cools antimatter using laser light for the first time | CERN
https://home.cern/news/press-release/experiments/alpha-cools-antimatter-using-laser-light-first-time

Antimatter atoms can be precisely manipulated and cooled with lasers | New Scientist
https://www.newscientist.com/article/2273353-antimatter-atoms-can-be-precisely-manipulated-and-cooled-with-lasers/

Physicists give antimatter the chills | Ars Technica
https://arstechnica.com/science/2021/04/physicists-give-antimatter-the-chills/

물리학의 법칙에 따르면, 이 세계는 입자와 짝을 이루는 반입자가 존재하는 것으로 추정되고 있습니다. 반입자는 소립자와 '질량'과 '스핀'이 동일하나 전하 등의 양음의 특성이 반대인 입자입니다. 반입자는 존재하지만 생성된 순간에 입자와 결부하여 소멸되기 때문에 확인이 어렵다고 여겨지고 있습니다.

우주와 세계는 입자에 의해 구성된 '물질'로 되어 있기 때문에 반입자에 의해 구성된 물질은 '반물질'이라고 부릅니다. 물질과 반물질의 차이를 알게 되면 우주의 성립과정을 규명할 것으로 기대되어 오랫동안 주목받고 있는 분야 중 하나입니다. CERN 연구팀은 이 같은 관점에서 반물질을 붙잡기를 위한 특수장비를 개발해왔습니다.

그리고 2021년 3월 31일자로 Nature에 발표된 논문에 따르면, 반물질 원자를 절대영도까지 식혀서 반물질을 포획하여 관측할 수 있는 장치가 개발되었다고 합니다.

반물질은 지구상에서 방사성 붕괴와 같은 현상으로 발생합니다. 단지 반물질은 큰 에너지를 가지고 매우 빠른 속도로 움직이기 때문에 포획하는 것이 매우 어렵다는 문제를 안고 있습니다. 기술적으로는 반물질을 포획하여 대강의 측정이 가능하지만, 움직임이 빠르다는 특성 때문에 미세한 부분과 자세한 관찰에서 오류가 따른다는 것.

그래서 '반물질을 감속시키는 장치'의 개발이 이루어지게 되었습니다. 40년 전에 이미 광자를 사용하여 원자의 운동을 감속시키는 레이저 냉각장치가 이미 개발되어 있었는데, 이번 장비에도 이 기술이 적용되었다고 합니다.

CERN의 연구그룹인 ALPHA는 반수소 원자를 사용하여 실험을 실시했습니다. 반수소 원자는 보통 매초 90미터 움직이지만 적절한 파장의 레이저를 조사하자 원자가 냉각되어 약간의 감속을 보였다는 것. 이 조사를 반복함으로써 궁극적으로 반원자를 10배 이상 느리게 하는 데 성공했다고 연구팀은 설명합니다.

연구에 참여한 캐나다 TRIUMF연구소의 후지와라 마코토 씨는 "이것은 원자를 향해 볼을 쏘고 있는 것과 같습니다. 볼이 아주 작기 때문에 충돌에 의한 감속도 작지만, 몇 번이나 반복하면 최종적으로 큰 감속이 발생합니다"라고 설명합니다.

논문에 따르면, 냉각되어 느려진 반수소로 지금까지보다 훨씬 더 정확한 측정이 가능하게 되었다고 합니다. 이 장치의 개발이 이정표가 되어 향후 물질과 반물질의 섬세한 차이가 드러날 수 있다고 연구팀은 전망합니다.

존 폰 노이만(John von Neumann)

'우주인은 이미 지구에 와 있다. 헝가리인이야'라는 농담이 있을 정도로, 헝가리 출신의 천재들이 유명합니다. 그 중에서도 가장 유명한 인물이 '악마의 두뇌'로 불리던 존 폰 노이만입니다. 원자나 전자 등의 미시적인 영역을 기술하는 양자역학의 수학적 기초를 구축했고 인간의 행동을 수학적으로 취급하는 '게임 이론'을 제창했으며 컴퓨터의 원형 제작 등 그 공적은 헤아리기 어렵습니다. '7개의 언어를 구사했다'거나 '자신이 개발한 컴퓨터의 계산보다 노이만의 암산이 빨랐다' 등 천재적인(그리고 괴짜다운) 재능을 나타내는 일화도 부족함이 없습니다.

알렉산더 그로텐디크(Alexander Grothendieck)

소수의 예를 들며 '57'을 언급하여 아직도 수학계의 농담 재료로 취급되고 있는 알렉산더 그로텐디크(참고 : 그로텐디크 소수). 그것은 수학을 추상적으로 파악하는 작업을 자신의 관점에서 규명한 천재이기에 가능한 일화일 것입니다. 어떤 구체적인 숫자가 소수인지 아닌지를 판별하는 능력이 천재인지와 반드시 관계하는 것은 아닙니다.

대수기하학을 근본부터 다시 작성하는 등 현대의 수학에서 사용하는 기초적인 방법을 만들어 낸 것으로 알려져 있습니다. 유명한 '대수기하학 원론'은 인터넷에서도 읽을 수 있지만 프랑스어이고 난해한 수학용어로 쓰여져 있습니다.

근무하던 연구소가 군으로부터 자금지원을 받은 사실을 알고 즉시 사직하였고 수학계의 무대에서 사라졌습니다.

그리고리 페렐만(Grigori Perelman)

클레이연구소가 증명에 100만 달러의 상금을 건 것으로 유명한 '푸앵카레 추측'을 훌륭하게 증명한 인물이 그리고리 페렐만입니다. 러시아 출신으로 어렸을 때부터 영재교육을 받았고 국제수학올림픽에도 출전했습니다.

그런 그가 갑작스럽게 '서스턴의 기하화 추측'이라는 난제를 증명한 후 그 귀결로서 푸앵카레 추측을 증명했을 당시 곳곳에서 충격을 받았습니다. 푸앵카레 추측은 '도넛과 커피컵이 동일하다' 등을 취급하는 토폴로지라는 수학으로 증명이 시도되고 있었습니다. 하지만 페렐만은 미분기하학 등을 사용한 전혀 다른 방식으로 증명한 것입니다. 애초 그 증명을 이해할 수 있는 사람도 적었습니다.

푸앵카레 추측을 증명한 업적에 따라 수학계의 노벨상이라 불리는 필즈상에 선정된 페렐만. 그러나 그는 클레이연구소의 상금과 필즈상 모두를 거부했습니다.

다우징(Dowsing)은 지하수나 귀금속의 광맥 등 숨겨진 것을 막대기와 진자 등의 장치의 움직임으로 발견할 수 있다고 주장하는 수법이다. 다우징에서 사용되는 도구로는 Pendulum Dowsing(진자), 로드 다우징(L자형 · Y자형 막대) 등의 종류가 있다.

◆ 역사

구약성서의 아론의 지팡이에서 볼 수 있듯이 고대의 많은 문명에서 나뭇가지가 신의 뜻을 수행하는 도구로 간주했고, 나뭇가지를 사용한 점치기는 고대 그리스와 고대 로마, 북유럽의 민족 등에서 이루어지고 있었다.

중세 유럽에서도 힘을 가하지 않은 상태에서 손에 쥔 나뭇가지가 저절로 움직이는 현상으로 막대기 점치기가 보물 찾기, 수맥 · 광맥의 발견 등에 사용되었고, 범죄 수사의 증거로 인정되는 지역도 있었다고 한다. 15세기의 베네딕트회 수도사 바시리우스 발렌틴은 오늘날의 다우징 방법을 언급했다. 당시의 교회에서는 지팡이 점을 미신으로 부정하고 있었지만, 르네상스 이후에는 아타나시우스 키르허 등의 실증실험 이후 일정한 효과가 나타났다는 사람과 혹은 전혀 없었다고 판단하는 사람들이 나타나기 시작했다.

◆ 방식

일반적으로 Y자형으로 된 개암나무의 가지를 손바닥을 위로 하여 힘을 빼고 잡아 팔꿈치를 조여 명치 높이로 유지한 채 잡지 않은 가지의 움직임을 보는 것이었지만, 사람에 따라서는 곧은 막대기를 사용하는 등 엄격한 방식은 정해져 있지 않았다. 18세기 이후에는 과학자에 의한 검증실험이 여러 차례 이루어졌고, 그 결과 막대기 점은 근육의 무의식적인 운동인 것으로 나타나 과학계에서는 회의적으로 보게 되었다. 그러나 수맥과 광맥의 발견에 관해서는, 근대에 들어서도 막대기 점이 쇠퇴하지 않았다.

◆ 주요 사례

2010년 영국의 회사가 손에 든 금속막대기 등으로 지하에 묻혀있는 것을 감지할 수 있다고 일부가 믿고 있는 다우징의 '원리'를 사용하여 만든 가짜 감지기를 제작했다. 고성능 폭탄탐지기 'ADE 651'이라고 선전하며 판매했고 이를 통해 수천억 원의 매출을 얻었다. 이것이 폭발물에 반응한다고 강조했지만 그런 기능은 없었고 이에 경찰당국이 사기 혐의로 제조판매사의 사장을 체포했다. 영국정부도 이라크 등으로의 수출금지 조치를 취했다. 제품의 제조비용은 1대당 2~3펜스(30~50원)인데 이것을 약 45,000파운드(약 6500만 원)에 수천 대 이상 판매했다. 이라크 정부는 이 가짜 폭탄감지기를 약 1500대 가량 구입하여 바그다드 시내의 검문소에서 사용하고 있었다. 그 밖에도 파키스탄과 레바논, 요르단에도 수출되었는데, 무기전문가가 사건 발각 몇 달 전부터 이 장비는 도움이 되지 않는다고 지적하고 있었다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· ダウジング
https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E3%83%80%E3%82%A6%E3%82%B8%E3%83%B3%E3%82%B0

고주파 통신용으로 구축된 5G 네트워크를 IoT 장치에 전력을 공급하기 위한 무선전력망으로 활용하기 위한 정류안테나(렉테나)를 조지아공과대학의 엔지니어가 개발했습니다.

5G as a wireless power grid | Scientific Reports
https://doi.org/10.1038/s41598-020-79500-x

Leveraging the 5G Network to Wirelessly Power IoT Devices
https://www.news.gatech.edu/2021/03/25/leveraging-5g-network-wirelessly-power-iot-devices

Leveraging the 5G Network to Wirelessly Power IoT Devices - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=sNuFU3H5GR0

개발된 렉테나(rectenna)는 '로트만 렌즈(Rotman lens)를 베이스로 한 것. '로트만 렌즈'는 월터 로트만이 개발한 렌즈로, 거미처럼 여러 개의 발을 뻗은 형상으로 하여 본체를 물리적으로 이동시키지 않고도 여러 시각을 얻을 수 있어, 이 구조가 레이더 시스템 등에 포함되어 있습니다.

저전력 기기를 작동시키기에 충분한 전력을 거리가 떨어진 곳에서 무선으로 공급하기 위해서는 대구경 안테나가 필요합니다. 그러나 대구경 안테나는 커버하는 영역이 좁고, 5G 기지국에 중심으로 안테나가 분산되어 있으면 잘 작동하지 않는 문제가 있었습니다. 지금까지 24GHz 및 35GHz 같은 고주파에서의 발전이 시도된 사례가 있었지만, 이 '기지국과의 사이에 장애물이 있으면 기능하지 않는다'는 점이 문제였습니다.

이번 렉테나 무선 직류기술을 결합하여 범위와 감도의 트레이드 오프를 해결하고 기존의 것과 비교하여 21배의 전력을 얻는 데 성공했습니다.

이 방식이 정교해지면 서비스 제공자가 무선으로 전력을 공급하는 것이 가능해져 배터리가 필요하지 않는 단말기가 나올 것으로 기대됩니다.

축적된 경험은 판단을 도와주지만, 때로는 그 경험이 판단을 왜곡시키는 경우도 흔히 발생합니다. 사람의 판단을 왜곡시키는 편견의 일종인 '벅슨의 역설'에 대해 시드니공과대학 경제학부의 라이오넬 페이지 교수가 예를 들어 설명합니다.

벅슨의 역설(Berkson's Paradox)은 '표면적 상관과 진정한 상관이 다를 수 있다'는 것으로, 페이지 교수는 여성이 자주 입에 올리는 '미남은 싫은 사람'이라는 명제를 예로 듭니다.

'성격과 외모는 무관'하다는 전제로 hot(외모 수준)과 nice(성격 수준)의 상관관계에 대해 생각해 보겠습니다. 이 가정에서는 성격과 외모는 무관하므로, '미남이지만 싫은 사람(왼쪽)', '미남이고 좋은 사람(오른쪽)', '못생겼지만 좋은 사람(오른쪽 아래)', '못생겼지만 싫은 사람(왼쪽)'은 비슷한 분포라고 예상됩니다.

그러나 여성에게는 '못생겼지만 싫은 사람(왼쪽)'과 '조금 꽃미남이지만 꽤 싫은 사람(왼쪽 부분)', '매우 못생겼지만 좀 좋은 사람(오른쪽 아래 부분)'은 데이트의 대상이 되지 않기 때문에 '삭제'되어 버립니다. 이렇게 하여 남은 데이트를 할만한 남자만 분석대상으로 구분하면 hot과 nice의 상관은 부(파란색 라인)입니다. 즉, 'hot과 nice는 부의 상관이 있다(= 미남은 싫은 사람인 경향이 있다)'고 나와, 전제와는 다른 결론이 도출됩니다. 이것이 벅슨의 역설의 일례입니다.

이 외에 벅슨의 역설의 대표적인 예가 '대학 신입생의 경우, SAT 점수와 고등학교 학업성적(GPA) 점수는 부의 상관이 있다'는 것. 물론 고등학교 때 성적이 좋았던 사람만큼 대학 입시 점수가 높다고 생각되기 때문에 이것은 직관에 위배됩니다.

그러나 대학 입시에서는 'SAT와 GPA가 너무 좋은 사람은 수준 높은 대학을 지원(오른쪽)'하고 SAT와 GPA가 너무 낮으면 입시에서 탈락(왼쪽)'이라는 두 가지 현상이 발생합니다. 따라서 이 두 가지를 제외하고 생각하면 남는 것은 그래프의 파란색 부분인데, 이 부분만을 분석대상으로 하면 SAT와 GPA 사이에는 부의 상관이 성립합니다.

'좋은 소설에서 끔찍한 실사 영화가 만들어졌다'라는 명제도 '좋은 소설이라면 좋은 실사 영화가 만들어질 것'이라는 직관에 반하는 것이지만 벅슨의 역설로는 설명이 가능합니다. '소설 원작의 실사 영화에 대해 상상하라'고 요구하자 사람들은 대개 '좋은 실사 영화'나 '좋은 소설이 원작인 실사 영화'를 떠올리고 '엉망인 소설의 엉망인 실사 영화' 등을 떠올리진 않습니다. 이렇게 일반적으로 떠올리는 경우가 많은 실사 영화만을 분석의 범위로 하면 소설의 좋음과 영화의 좋음에 부의 상관이 성립되어 버립니다.

벅슨의 역설은 의료통계학 및 생물통계학 등의 데이터과학 분야에서 빈번히 출현하는, 통계를 다룰 때 염두에 두어야 할 문제라고 합니다.

실온 환경에서 핵융합을 일으킨다는 '상온핵융합'은 그동안 '실험에 성공했다'는 보고가 일부 존재했지만 모두 재현성이 낮아 과학적으로 부정되어 왔습니다. 그럼에도 불구하고 지금까지 이루어져 온 상온핵융합 연구를 미해군이 재검토 중이라고 미국의 전기정보공학 연구단체의 학회지 'IEEE Spectrum'이 보도했습니다.

Whether Cold Fusion or Low-Energy Nuclear Reactions, U.S. Navy Researchers Reopen Case - IEEE Spectrum
https://spectrum.ieee.org/tech-talk/energy/nuclear/cold-fusion-or-low-energy-nuclear-reactions-us-navy-researchers-reopen-case

상온핵융합의 연구를 하는 곳은, 인디언헤드 미해군 해상전투센터(NSWC IHD)의 과학자들로 구성된 연구팀입니다. NSWC IHD 연구팀은 육군과 미국국립과학기술연구소의 그룹과 함께 상온핵융합의 존재 여부를 포함해 지금까지의 연구를 검증하고 있다는 것.

핵융합은 수소와 같은 가벼운 원자를 융합시켜 보다 무거운 원자로 변화시키는 것입니다. 예를 들어 양성자 1개, 중성자 1개, 전자 하나로 구성된 중수소 원자와 양성자 1개, 중성자 2개, 전자 하나로 구성된 삼중 수소원자를 서로 충돌시켜 핵융합 반응을 일으키는 경우에는 양성자 2개, 중성자 2개, 전자 2개의 헬륨이 생기고 동시에 막대한 에너지가 방출됩니다.

핵융합은 연쇄적으로 반응하는 핵분열과 달리, 원리적으로 폭주하지 않는 구조로 되어 있어서 안전성이 비교적 높은 것으로 선전되고 있습니다. 그러나 핵융합 반응을 연속적으로 일으키기 위해서는 1억도 이상의 고온과 고압이 요구되는 것 외에도 매우 강력한 초전도 자석과 반응에 의해 방출되는 고속중성자에 견딜 수 있는 시설이 필요하여서 현재까지 실용화 단계에는 이르지 못했습니다.

그런 핵융합 반응이 '실온 환경에서 간단한 장비를 사용하여 만들 수 있었다'고 Southampton대학의 화학자인 마틴 플라이슈만 씨와 유타대학의 화학자인 스탠리 폰즈 씨가 1989년에 발표했습니다. 두 사람은 팔라듐과 백금 전극을 중수가 담긴 용기에 넣고 전류를 흘린 결과, 과도한 열과 중성자선이 검출되었다고 주장했습니다.

고온 · 고압 환경이 필요한 핵융합 반응이 실온 환경에서 확인할 수 있다는 보고는 전 세계에 큰 충격을 주었고 많은 과학자가 추가시험을 실시했습니다. 그러나 상온핵융합의 존재를 유의하게 뒷받침할 정도의 재현이 이루어진 사례는 보고되지 않았고, 거기에 더해 플라이슈만과 폰즈의 실험이 신뢰할 수 없는 방법으로 행해진 것이 분명해져 두 사람의 보고가 정확하다고 말할 수 없다고 결론이 내려졌습니다. 이에 플라이슈만과 폰즈의 보고로 시작된 상온핵융합은 '20세기 최대의 과학스캔들'로 불리게 되었습니다.

플라이슈만과 폰즈의 보고가 부정되면서 상온핵융합의 존재는 과학자 대부분에게 회의적으로 취급되고 있는 와중에도 상온핵융합 연구를 계속해 온 연구자들은 있습니다.

예를 들어, Google의 연구팀이 매사추세츠 공과대학, 브리티시 컬럼비아대학, 로렌스버클리국립연구소의 연구자와 공동으로 'Revisiting the cold case of cold fusion(저온핵융합이라는 미해결 문제를 재고)'이라는 타이틀의 논문을 2019년에 학술지 Nature에 발표했습니다.

이 논문에서 Google의 연구팀은 2015년부터 5년간 1000만 달러를 상온핵융합 연구에 지출한 것으로 나타났습니다. 또한 연구결과, 플라이슈만과 폰즈의 보고를 뒷받침하는 증거는 발견되지 않았지만 '상온 환경에서도 금속이 국소적으로 고온이 되어 상온핵융합이 일어날 가능성'을 발견했다고 합니다.

NSWC IHD의 선임연구원인 칼 고츠머 씨에 따르면, 이 Google의 논문 발표 이후 상온핵융합 연구가 NSWC IHD에서 본격적으로 시작되었다고 합니다. 고츠머 씨는 "솔직히 상온핵융합을 오랫동안 연구해 온 다른 연구자는 상온핵융합에 발을 들이면 경력이 끝난다고 충고했습니다. 그러나 NSWC IHD가 정부의 연구시설인 이상, 과학적인 성과를 기대할 수 있다면, 논란의 중심에 있는 테마를 추구할 자유가 있다고 생각했습니다"라고 말합니다.

연구팀은 지난 30년 동안 쌓아온 상온핵융합에 대한 문헌과 자료를 조사 · 분석하여 실험에 적합한 금속이나 실험장치의 공통점을 찾아가고 있습니다. 빠르면 2021년 내에 첫 번째 연구결과를 발표하고 싶다고 연구팀은 말합니다.

고츠머 씨는 "가장 중요한 것은 개별 현상의 메커니즘을 밝히는 것입니다. 메커니즘이 밝혀지면 더 정확한 실험이 가능하며 재현성이 높은 실험이 가능합니다"라고 말합니다. 바하므 씨는 "우리가 모은 두뇌집단에서 좋은 분석결과를 얻을 수 있기를 기대하고 있습니다"라고 포부를 밝힙니다.

2017의 이전의 소수는 '2011'이다. 따라서 2017년은 6년 만에 도래한 소수의 년. 다음의 소수년은 10년 후인 2027년이다.

'1'은 소수가 아니다?

'1'은 소수에 포함시키지 않는다는 규칙이 있다. 또한 '- 1', '- 2'와 같은 음의 정수와 '0'도 소수가 아니다.

소수는 언제 발견되었는가?

소수의 연구는 2000년 전으로 거슬러 올라간다. 기록에 남아있는 것으로는, 기원전 3세기경 고대 그리스의 위대한 수학자 유클리드가 편찬했다고 추정되는 수학책 '원론'에서 이미 소수가 무한히 존재한다는 것을 증명했다. 그럼에도 불구하고 21세기가 되어서도 소수의 규칙성이 규명되지 않고 있다. 여전히 많은 세계의 수학자가 그 규칙성, 혹은 알려지지 않은 소수를 발견하려고 열심히 연구를 계속하고 있다.

Why I fell in love with monster prime numbers
https://www.ted.com/talks/adam_spencer_why_i_fell_in_love_with_monster_prime_numbers/up-next

소수는 어떻게 찾나?

소수를 찾는 방법에는 몇 가지가 있는데 가장 간단한 것은 '에라토스테네스의 체'라는 것이다. 에라토스테네스는 지구의 크기를 처음으로 측정한 고대 그리스의 수학자로 알려져 있다. 예를 들어 20까지의 소수를 찾는다면...

① 먼저 '1'을 제외한 2 ~ 20의 정수를 순서대로 나열
② '2'는 남겨두고 2의 배수(4, 6, 8, 10, 12 , 14, 16, 18, 20)를 제거
③ 남은 정수에서 '3'은 남겨두고 3의 배수(9, 12, 15)를 제거
④ 다음 '5'는 남겨두고 5의 배수 그 다음에 '7'을 남긴 채 7의 배수를 마찬가지로 제거하고 남은 것이 소수가 된다. 이 경우 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19 총 8개가 소수.

그 밖에 소수를 찾는 방법이 있는가?

17세기 프랑스 신학자 마랭 메르센이 매우 흥미로운 발견을 했다. 2n -1(메르센 소수)이라는 식의 n 부분에 2부터 소수를 넣어 가면 시간이 걸릴 수도 있지만 언젠가는 새로운 소수가 발견된다는 이론이다. 예를 들어, n에 2를 넣으면 2^2 -1 = 3이 되고 n = '2'와 '3'이 모두 소수인 것이다.

그러나 주의해야 할 점은 n이 소수여도 2n -1이 소수가 아니라는 점이다. 예를 들어, 2^11 -1 = 2047에서는 n = '11'은 소수이지만 '2047'은 소수가 아니다. '2047'은 '1'과 '2047' 외에도 '23'과 '89'로 나누어진다.

지금도 메르센 소수는 활용되고 있는가?

수학자의 로망인 '최대의 소수'를 효율적으로 발견하기 위해 지금도 메르센 소수는 빠뜨릴 수 없는 존재이다.

2016년 1월 미국의 센트럴미주리대학의 커티스 쿠퍼 교수는 약 800대의 컴퓨터를 동원하여 사상 최대인 2233만 8618자리의 소수 = 2^74207281 -1을 발견했다. 이 메르센 소수로는 49번째 크기이다. 그 전까지는 2013년에 발견된 1742만 5170자리의 소수(48번째 메르센 소수) = 2^57885161 -1이 최대였다.

메르센 소수를 찾을 수 있는 분석 소프트웨어를 무상 제공하는 프로젝트 'GIMPS(Great Internet Mersenne Prime Search)'는 사상 최대의 메르센 소수를 발견한 연구자에게 상금 3000달러를 증정한다. 만약 그것이 일억 자리 이상이라면 상금은 5만 달러로 상승한다.

소수는 세상에 도움이 되는가?

소수는 수열에서 불규칙하게 등장하기 때문에 그 예측의 어려움이 인터넷상에서 보안을 보장하는 '암호'로 활용되고 있다. 따라서 암호화 통화로 주목을 받고 있는 '비트코인' 거래시스템에서도 소수가 활약하고 있다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 6年ぶりにやってきた素数年―2017年―
http://blog.ricoh.co.jp/RISB/technology/62017.html

수학에서 '정수론'은 '수학의 여왕'이라고 불린다. 그 '정수론'에서 가장 중요한 것이 '소수'라는 것이다. '소수'는 '자명한 양의 약수(1과 자신) 이외의 약수를 갖지 않는 자연수'이다. 더 간결하게 표현하면 '양의 약수의 개수가 2인 자연수'가 된다. 구체적으로 쓰면, '2, 3, 5, 7, 11, 13 ...'이 된다. '1'은 소수가 아니다. 이것에는 '소인수분해의 유일성'에 관계하고 있다. 수학을 싫어하는 사람은 '인수분해'라는 말에 알레르기를 일으키는 사람이 많을지도 모르지만, '소인수분해'라는 것은 어떤 숫자를 소수의 곱셈으로 표현하는 것이다. '9 = 3 × 3', '28 = 2 × 2 × 7'과 같은 것이 '소인수분해'이다.

'유일성'이라는 것은 '하나로 결정된다'는 뜻이다. 여기서 '1'이 소수인 경우 어떻게 곤란해지는지를 설명하면, '9 = 3 × 3'으로 예를 들면 '1'이 소수인 경우 '9 = 1 × 3 × 3' 또는 '9 = 1 × 1 × 3 × 3'으로도 표기되어 버린다. 유일성이 성립되지 않는, 즉 하나로 결정되지 않게 되어 버린다. 이대로는 수학을 취급하는데 매우 불편하기 때문에 '1'은 소수가 아닌 것으로 정했다.

그런 '소수'가 왜 수학에서 중요한 것인가. 그 이유는 소수가 사용하여 무수한 수를 만들어 낼 수 있기 때문이다. 소수를 곱하는 조합을 무수히 바꾸면 무수한 수를 만들 수 있다. 소수의 표는 화학의 원소주기율표 같은 것이다. 그러나 이 수학의 근본을 이루는 소수라고 하는 것은 매우 다루기가 어렵다. 왜냐하면 수학이라는 학문에서는 패턴과 질서를 찾는 것이 중요하지만, 소수가 어떤 규칙에 의해 나타날지는 아직 아무도 모르기 때문이다. 어떤 규칙도 소수의 열에서 찾는 것은 어렵다. 모든 수학자가 2000년 이상의 기간동안 노력을 계속해 왔음에도 불구하고 찾지 못했다. 또한 '쌍둥이 소수 예상'이나 '골드바흐의 추측' 등 소수에 관련된 미해결 문제도 많이 존재한다.

소수는 수학이라는 밀폐된 공간에만 중요한 것이 아니다. 예를 들어, 외계생명체와 의사소통을 할 때, 소수가 사용될 것으로 간주하고 있다. 지능이 있는 생명체라면 언어체계와 관계없이 소수를 이해할 수 있을 것이라는 가정에 근거한 것이다. 실제로 1974년에 지구에서 약 25,000광년 거리에 있는 허큘리스자리의 구상성단 M13을 향해 송신된 '아레시보 메시지'는 외계생명체가 '소인수분해'를 이해할 수 있다는 전제로 만들어져 있다. 또한 우리의 생활에 가까운 곳에서도 소수가 중요하게 사용되고 있다. 신용카드 정보 등을 암호화하는 RSA 암호화라는 구조는 '거대한 수를 소인수분해하는 데 엄청난 시간이 걸린다'는 사실에 기반하고 있으며, 여기에서도 소수가 매우 중요한 요소로 등장한다.

그런 소수에서 어떤 질서를 발견했던 리만이라는 수학자와 그가 남긴 '리만 가설'은 현재까지 미해결 상태이고, 수학 사상 가장 중요한 미해결 문제로 간주되고 있다. 힐베르트라는 대수학자가 현대 수학의 지평을 넓히기 위해 제시한 '힐베르트의 23가지 문제'에도 포함되어 있으며, 클레이수학연구소가 발표한 해결하면 100만 달러의 상금을 받을 수 있는 '밀레니엄 문제' 중 하나이다.

'리만 가설'의 이야기를 하기 전에 먼저 '가우스'와 '제타함수'의 이야기를 해야 한다. 가우스도 소수의 규칙성을 찾는 방법에 대해 연구했는데, 어느 날 그는 이렇게 생각했다. "다음 소수가 언제 나타날지 정확히 알 수는 없더라도 1에서 어느 수(N)까지에 포함하는 소수의 개수이라면 어느 정도 예측할 수 있는 것은 아닐까?"

그렇게 하여 그는 대수라는 방법을 사용하여 '어느 수 N까지에 포함하는 소수의 개수를 대략적으로 도출하는 공식(소수정리)'을 만들어 냈다. 이것은 수학자들에게 새로운 시각을 제공했다. 그 전까지는 소수 하나하나에 주목하고 있었지만, '대략적인 소수의 개수'에 일정한 규칙성이 발견되면서 소수라는 것의 전체에 주목하게 된 것이다.

 
'제타함수'는 매우 설명하기 어렵기 때문에 대강 설명하자면 '규칙적으로 늘어선 분수를 무한히 서로 더한 것'이라는 느낌이다. 음악을 계기로 발견된 이 무한합은 당초 소수의 분석에 관련될 것으로 생각하지 않았지만, 오일러가 '오일러의 곱셈 공식'이라는 형식으로 제타함수를 변환한 것을 계기로, 소수를 취급할 때의 강력한 무기로 변해 갔다. 여기에 드디어 리만이 등장한다. 오일러는 '정수의 범위'에서 제타함수를 생각했지만 리만은 그것을 복소수의 범위까지 확대했다. 복소수라고 하는 것은 'a + bi'(a, b는 실수 i는 허수)로 표현되는 것이다. 그리고 리만은 어느 발견을 한다. 그것은 '영점'에 관한 것이다. 제타함수의 '영점'은 제타함수가 0이 되는 복소수를 말한다. 예를 들어, 'f(x) = x + 1'함수(이것은 제타함수가 아닌 일반 함수)의 경우 x에 '-1'을 대입하면 함수 f(x)는 0가 된다. 마찬가지로 어떤 복소수 s (= a + bi)를 넣으면 제타함수가 0이 되는 s를 '영점'이라고 부른다.

리만은 이 '영점'과 소수와의 관계를 발견했다. 리만은 가우스의 소수정리를 제타함수를 사용하여 확장했고, 그 수식에 '영점'의 정보를 가미함으로써 '소수의 개수'를 보다 정확하게 예측할 수 있다고 이해한 것이다. 그래서 리만은 더욱 이 '영점'에 대해 분석을 해 보았다. 그러자 일부 계산한 '영점'의 실수부(a + bi의 경우 a를 실수부라고 부른다) 모두가 '1/2'인 것으로 밝혀졌다. 그래서 그는 '비자명한 영점'이라는 것의 실수부 모두가 1/2인 것으로 예상했다. 이것이 '리만 가설'이다. 쟁쟁한 수학자들이 도전하였으나 여전히 해결되지 않은 난제이다.

 
출처 참조 번역
· Wikipedia
· どんな規則も見つからない孤独な「素数」の話
https://news.yahoo.co.jp/articles/b03e2cfd767150153d616d1f7e4b577d895a8da5

캘리포니아의 산타루치아 산맥은 수백 년 전부터 모자와 망토를 착용한 거대한 인물의 그림자 'Dark Watchers'가 목격되어 왔습니다. 그런 Dark Watchers의 정체를 과학미디어 Live Science가 설명합니다.

'Dark Watchers'have been spooking California hikers for centuries. What are they? | Live Science
https://www.livescience.com/dark-watchers-california-optical-illusion.html

Dark Watchers는 일몰 때 산타루치아 산맥의 정상을 올려다본 사람들에 의해 목격되어 왔습니다. 역사적으로는 1700년의 스페인 사람이 산타루치아 산맥에 도달했을 때, 'Dark Watchers를 목격했다'는 기록이 남아있다고 합니다.

또한 미국 문학의 거장이라 불리는 존 스타인벡이 1938년에 출판한 단편 소설 'Flight'에서 Watchers가 누구이고 어디에 살고 있는지는 아무도 모릅니다. Watchers에게 흥미를 보이지 않는 것이 좋을 것이라고 적었습니다.

그러나 Live Science에 따르면, Dark Watchers는 '브로켄 현상'이라는 단순한 물리적 현상에 불과하다는 것. 산타루치아 산맥의 정상은 짙은 안개로 둘러싸여 있어 그 안개에 'Dark Watchers의 목격자' 즉 본인의 그림자가 비쳐 마치 거대한 인물의 그림자처럼 보인다고 Live Science는 설명합니다.

또한 '달에 토끼가 보인다', '벽의 얼룩이 사람처럼 보인다' 등 본래 거기에 존재하지 않는 것을 떠올리는 심리현상 'Pareidolia'도 Dark Watchers가 목격되는 요인 중 하나입니다. '모자와 망토를 착용한 거대한 인물'이라는 Dark Watchers의 정보를 알고 있기 때문에, 자신의 그림자가 보이고 있음에도 불구하고 마치 '모자와 망토를 착용한 거대한 그림자'가 보인다고 착각한다는 것입니다.

또한, 브로켄 현상은 산타루치아 산맥 이외에도 발생하는 현상으로, Instagram에는 설원에 그림자가 비친 사진과 비행기의 그림자가 구름에 비친 사진 등 브로켄 현상을 포착한 사진 등이 많이 게시되어 있습니다.

아래의 동영상에서는 브로켄 현상에 의해 안개에 거대한 그림자가 비친 모습을 확인할 수 있습니다.

Brocken Spectre in the Lake District - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=JB-iO2nPF78

완숙 토마토를 가열한 후 여과하여 저온에서 끓여 설탕 · 소금 · 식초 등을 첨가하여 완성되는 '케첩'은 핫도그와 소시지, 오믈렛, 감자튀김 등과 매우 잘 어울리는 발군의 조미료인데, '용기의 바닥에 내용물이 남는다'는 악명 높은 결함이 존재합니다. 그런 케첩의 결함은 '비뉴턴 유체'라는 물리적 현상에 의해 발생하는 것이라며, 대중계 과학잡지 Scientific American이 설명합니다.

Ketchup Is Not Just a Condiment: It Is Also a Non-Newtonian Fluid - Scientific American
https://www.scientificamerican.com/article/ketchup-is-not-just-a-condiment-it-is-also-a-non-newtonian-fluid/

예를 들어 마가린은 용기에 들어있는 상태에서는 거꾸로 해도 흐르거나 하지 않습니다. 그 모습을 보고 '딱딱한 것인가?'라고 생각해 버립니다만, 버터나이프로 떠보면 부드러운 물질임을 알게 됩니다.

이 현상은 마가린이 '가해지는 힘에 따라 점도가 변한다'는 성질을 가지고 있는 것이 원인입니다. 마가린은 가해지는 힘이 작은 경우에는 강력한 점도를 나타내지만, 이러한 힘이 큰 경우에는 점도가 낮아집니다. 유체역학에서는 힘에 의해 점도가 변하지 않는 것을 '뉴턴 유체', 마가린처럼 힘에 의해 점도가 변하는 것을 '비뉴턴 유체'라고 부르며, 별개로 취급합니다.

케첩이 용기의 바닥에 남는 원인도 케첩에 증점제라는 폴리머를 첨가하여 비뉴턴 유체화한 것이 원인입니다. 폴리머는 여러 분자가 결합하여 형성된 고분자로써 유체 속에서 얽혀 강한 점도를 발휘하지만 강한 힘을 가하면 이 얽힘이 풀려 점도가 저하됩니다. 이 성질이 비뉴턴 유체 상태를 만들어내고 있다는 것.

케첩이 비뉴턴 유체가 되도록 설계되어 있는 이유는, 그 용법과 식감을 위한 것으로, 힘을 가하지 않은 상태에서는 점도가 높아 '도포한 식재료에서 떨어지지 않는다'라는 사용법을 허용하고 힘을 가한 상태에서는 점도가 낮아져 '입안에서 녹는다'라는 식감을 만들어냅니다.

샴푸도 비뉴턴 유체가 되도록 설계되었습니다. 샴푸가 손바닥에서는 점도를 유지하나 머리에 문지르는 순간 점도를 잃고 머리 전체에 퍼지는데, 이는 치약도 마찬가지입니다.

또한 현대의 케첩은 플라스틱 용기가 주류이지만, 예전에는 유리 용기밖에 존재하지 않았고, 더 많은 양이 바닥에 달라붙어 있었습니다. 플라스틱 용기 대해 Scientific American은 "취급이 편리해졌지만 소스를 병에서 떠낼 때의 스포츠성과 깨끗하게 떠냈을 때의 쾌감을 잃어버렸습니다"라고 논평합니다.

타이타닉 소수(Titanic prime)는 1980년대에 Samuel Yates가 도입한 용어로, 1000자리 이상의 소수를 나타낸다. 이런 소수는 당시 거의 알려져 있지 않았지만, 현대의 컴퓨터에게는 작은 크기이다.

최초로 발견된 30개의 타이타닉 소수는 다음과 같은 형식이다.

n은 7, 663, 2121, 2593, 3561, 4717, 5863, 9459, 11239, 14397, 17289, 18919, 19411, 21667, 25561, 26739, 27759, 28047, 28437, 28989, 35031, 41037, 41409, 41451 , 43047, 43269, 43383, 50407, 51043, 52507이다.

n = 7을 제외하고 이러한 값은 소수정리의 예측에서 크게 벗어나지 않는다.

처음 발견된 타이타닉 소수는 1281자리의 메르센 소수인 2^4253 -1, 1332자리의 메르센 소수인 2^4423 -1이다. 이 두 수는 모두 1961년 11월 3일 Alexander Hurwitz에 의해 발견되었다. 컴퓨터는 2^4253 -1 소수성을 먼저 계산했지만, Hurwitz가 2^4423 -1의 계산출력을 먼저 보았기 때문에 어느 쪽이 먼저 발견되었는지는 정의의 문제다.

Samuel Yates는 타이타닉 소수의 소수성을 입증한 자를 타이탄이라고 불렀다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· タイタニック素数
https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E3%82%BF%E3%82%A4%E3%82%BF%E3%83%8B%E3%83%83%E3%82%AF%E7%B4%A0%E6%95%B0

소수라는 것은 매우 불가사의한 수이다. 이 정도까지 수학자들을 매료시키고 도전을 받아도 아직도 규명을 거부하고 있다. 실제로 소수에 관해서는 아직 해결되지 않은 문제도 많다.

2500년 전 피타고라스의 시대에서부터 자연수(1, 2, 3, 4 ...)를 모든 각도에서 고찰해 왔지만, 소수에 관한 이해는 이후 2000년 가까이 거의 발전하지 않았다.

특히 컴퓨터가 수학에서 강력한 무기가 된 현대라면 몰라도, 옛날에는 계산도 종이와 연필이 전부였다. 당연히 큰 소수를 찾아내는 것에도 한계가 있었다.

현재 발견된 최대의 소수는 아래와 같다.

십진법으로 표시하면 980만 8358자리가 될 것이다. 종이에 인쇄하면 1800장 분량이 된다.

참고로 아래 링크는 이 최대의 소수다.

'최대의 소수'
http://www.mersenneforum.org/txt/44.txt

txt 파일로 되어 있지만 10MB에 달하는 크기이다.

'소수'는 자연수나 정수의 곱에 대한 고찰 상 기본적인 구성요소이며, 정수론 등에 있어서 중요한 역할을 하고 있다.

그런 소수의 성질, 수학의 기본원리인 '소인수분해의 유일성'에 대해 증명하고 싶다.

즉, 어떤 숫자도 소수의 곱에 의해 표현할 수 있다.
(6 = 2 × 3, 16 = 2 × 2 × 2 × 2 등 ...)

이 '소인수분해의 유일성'을 보여주기 위해 두 가지 점에 대해 증명이 필요하다.

① 어떤 수라도 소수의 곱으로 나타낼 수 있다(소인수분해)
② 그 소인수분해의 결과는 한 가지뿐이다

①귀류법에 따른 증명

소수의 곱의 형태로 표현할 수 없는 2개 이상의 정수가 존재한다고 가정한다. 그런 정수 중 가장 작은 수 m에 주목해 보자.

m이 소수라면 증명할 필요는 없다.
m이 소수가 아니라면 m은 양의 약수 d를 가지게 된다.

m = d × e (1 <d <m 1 <e d, e는 정수)로 나타낼 수 있다.

조금 전 m은 '소수의 곱의 형태로 표현할 수 없는 정수 중 가장 작은 것'이라고 말했다.
라는 것은 d, e는 소수의 곱의 형태로 나타낼 수 있다.

따라서 m은 이렇게 나타낼 수 있다.

이것은 앞의 가정에 위배된다.

②정수 a가 두 가지 소수의 곱으로 나타낼 수 있다고 가정한다.

위처럼 나타낼 수 있다. (주어진 식은 p, r에 대해 대칭이므로 p <r로 한다)

t^1은 m의 약수이고 또한 소수이므로 t^1과 동일한 수가 s 속에 존재한다.
편의상, t^1 = s^1로 한다.

이것을 끝없이 계속하면 결국 이렇게 된다.

이것은 반드시 한 가지로 나타낼 수 있음을 의미하고 있다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
- 数の原子
http://enjoymath.blog71.fc2.com/blog-entry-10.html

소수는 '1보다 큰 정수 1과 자기 자신으로만 나누어지는 수로, 영어로는 Prime Number입니다.
※ 여기서 말하는 나누기란 자연수로 나누었을 때 나머지가 0인 경우를 의미합니다.

'1'은 '1보다 큰 정수'가 아니므로 소수가 아닙니다.

'2'는 '1보다 큰 정수'이고 '1과 2 이외의 자연수로 나눌 수 없으므로 소수입니다.

'4'는 '1보다 큰 정수'이지만 '1과 4 이외에도 2로 나누는 것이 가능하므로 소수가 아닙니다.

'5'는 '1보다 큰 정수'이고 1과 5 이외의 자연수로 나눌 수 없으므로 소수입니다.

소수의 정의와 활용법

◆ 소수의 정의
'양의 약수가 1과 자신뿐인 2개로 구성된 자연수'입니다.

참고로, '1'은 소수가 아닙니다.

'2'이외의 짝수는 '1과 2와 그 수 자신'이라는 3개 이상의 양의 약수가 있으므로 소수가 아닙니다.

'5' 이외의 1의 자리가 5인 수(15, 25, 35 ...)도 1과 5, 그 수 자신'이라는 3개 이상의 양의 약수가 있으므로 소수가 아닙니다.

이상 10 이상의 숫자에 대해서는 '1의 자리가 1 또는 3, 7, 9인 숫자'에 소수가 있다는 것까지는 규명되었는데, 그 이상의 규칙성은 미궁인 상태입니다.

실제로 소수에서 나타나는 규칙성에 수많은 수학자가 규명을 위해 도전했음에도 불구하고 달성되지 않은 '수학 사상 최대의 난문'이라고 불리고 있습니다.

소인수분해 및 암호

사실 소수의 성질은 다양한 형태로 우리의 일상생활과 밀접하게 관련되어 있습니다. 대표적인 것이 '정보의 암호화'입니다.

예를 들어, '1121893841'이라는 숫자. 이 숫자는 실은 '두 소수 p와 q를 곱셈한 값'인데, p와 q가 무엇인지 알 수 없습니다. 정답은 21193×52937입니다. 답을 알면 정답을 구하는 것이 간단하지만, 답을 모르는 사람은 '1121893841'이라는 숫자에서 두 소수를 도출해내기는 매우 어렵습니다.

이 예에서 사용한 숫자는 10자리이므로 컴퓨터라면 어떻게든 가능하지만, 자릿수가 어느 정도 수준까지 늘어나 버리면 컴퓨터조차 감당해낼 수 없습니다.

이것은 '큰 두 소수의 곱'의 소인수분해에는 효율적으로 답을 찾는 방법이 없다는 것이 원인입니다.

같은 10자리라도 '1000000000'라면, '2로 나누어 5로 나누기를 각 9회 실시함으로써 2^9 × 5^9라고 쉽게 확인할 수 있지만, '1121893841'은 2로도 3으로도 5, 7로도 나누어지지 않아 이를 꾸준히 반복할 수밖에 없고, 이로 인해 터무니없는 계산량이 되어 버립니다.

실제로 2010년 1월 'RSA-768'라는 232자리의 숫자는 소인수분해로 두 소수를 도출하는데 '고성능 컴퓨터 80대'를 동원하여 반년이 걸렸다고 합니다.

No matter how you pursue digital transformation, RSA can help you manage the risk.
https://www.rsa.com/en-us

'열쇠가 있으면 간단히 풀 수 있지만, 자물쇠를 아무리 조사해도 알아내기 어렵다'는 이 '열쇠에 필요한 조건'을 고도로 만족시키는 것이 거대한 소수의 곱셈입니다.

당신의 소중한 정보를 보호하는 '소수'의 강점

이 성질을 이용한 것이 'RSA 암호'라는 공개키 암호화입니다.

신용카드나 은행계좌 등 중요한 개인정보 및 금융정보를 관리하는 금융산업에서 정보통신을 안전하게 이루어지도록 하는 중요한 존재가 되었습니다.

'거대한 두 소수의 곱'의 소인수분해 난이도는 자릿수가 증가할 때마다 천문학적인 비율로 높아져 갑니다. 따라서 미래에 컴퓨터가 압도적인 진화를 이루어도 RSA 암호에 사용하는 자릿수를 늘려버리면 보안상 문제가 없다고 알려져 있습니다.

※ 소인수분해를 효율적으로 하는 방법이 발견된다면 암호화 시스템의 변경이 필요하게 될지도 모릅니다.

다만, 이를 확대해석하여 '리만 가설이 증명되면 RSA 암호가 위험에 처한다'라는 이야기도 있습니다만, 리만 가설은 소인수분해의 효율과 관련이 없습니다.

출처 참조 번역
· Wikipedia

동화 '임금님 귀는 당나귀 귀'에서 귀가 당나귀가 되어 버린 왕으로 알려진 미다스 왕은 신의 시종을 환대한 데 대한 답례로 '접촉하는 모든 것을 황금으로 바꾸는 능력'을 얻었다는 일화로 유명합니다. 그런 미다스 왕의 힘으로 '지구가 통째로 황금으로 변한다면?'이라는 사고실험을 YouTube 채널 Kurzgesagt가 애니메이션으로 설명합니다.

What if the World turned to Gold? - The Gold Apocalypse - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=VB_GWz25B3Q

그리스 신화에 등장하는 프리지아의 왕 미다스는 만취한 채 궁궐에 끌려온 실레노스를 10여 일간 주야를 가리지 않고 환대하는 잔치를 열어, 풍요와 음주의 신 디오니소스로부터 '어떤 소원이든 한 가지만 이루게 해준다'는 포상을 받았습니다. 미다스 왕이 원했던 것은 '접촉하는 모든 것을 황금으로 바꾸는 능력'이었지만, 이 능력은 자신의 딸도 황금으로 바꿔버리는 등 저주와 동일한 것이었습니다.

이번 에피소드를 바탕으로 지구가 황금으로 변화하는 상황을 생각하기 전에 우선 118개의 중성자를 갖는 원자번호 79의 원소 '금' 자체에 대해 고찰합니다.

금은 녹슬지 않는 광택을 가지며 변형되기 쉬운 등의 특성을 가지고 있는데, 그 특성은 양성자와 전자의 전기적인 힘이라고 할 수 있습니다. 따라서 금이 아닌 것을 금으로 바꾸는 능력은 원자 자체를 변화시키는 능력이라고 볼 수 있습니다.

Kurzgesagt의 마스코트인 오리를 예로 들면, 오리는 수소 · 탄소 · 산소 등의 원자번호가 '가벼운 원자'로 구성되어 있기 때문에 오리가 황금으로 변했다는 것은 이러한 가벼운 원자 모두가 전자, 양성자, 중성자를 얻어 금원자가 되었다고 생각됩니다. 따라서 전자, 양성자, 중성자를 얻은 결과로 오리의 질량은 갑자기 33배가 될 뿐만 아니라 밀도는 20배 이상이 되어 버립니다.

만약 전설대로 오리가 그 모양 그대로 황금으로 바뀌었다고 한다면, 이 밀도에서는 금원자가 서로 너무 가까이 존재하므로 거센 반발 에너지를 만들어 내고, 0.5톤의 TNT에 상당하는 폭발을 일으킨다고 예상됩니다. 만약 미다스 왕이 오리를 만진다면 폭사한 미다스 왕과 흩뿌려진 금가루만 남을 것입니다.

이것은 전설과는 동떨어진 이야기이므로, 미다스 왕의 파워를 각각의 원자를 금원자로 바꾸는 능력이 아니라 '이미 존재하는 원자의 구성물질을 금원자로 재구성한다'는 능력이라고 생각해 봅니다.
질량은 불변이므로 미다스 왕은 안심하고 오리를 터치할 수 있습니다.

그러나 밀도에 관해서는 이야기가 달라집니다. 금은 오리보다 밀도가 20배 가까이 높으므로 황금으로 변한 오리의 내부는 스펀지처럼 되어 버립니다.

그럼 이 능력을 가진 미다스 왕이 실수로 넘어져 지구를 터치했다면 어떻게 될까?

미다스 왕의 힘으로 지구가 황금이 된 경우, 그 내부는 오리처럼 스펀지 상태가 될 것으로 생각됩니다. 이 틈새는 오리의 경우에는 별다른 문제가 아니지만, 지구의 경우에는 큰 문제입니다. 지구의 경우 중력이 크기 때문에 틈새를 메우는 형태로 수축이 발생하고 결국 지구는 반지름이 3분의 2가 될 때까지 작아져 버립니다.

이 수축은 급격하게 발생하므로 지상에 있는 모든 것은 공중에 떠오르게 됩니다. 수축현상 자체는 대략 10분 정도 계속될 것으로 생각되며, 모든 생물뿐만 아니라 기차와 배 등 바닥에 고정되지 않은 모든 물체가 뜬 상태가 계속됩니다. 그리고는 수축현상의 종료와 함께 지면과 충돌합니다. 이 충돌은 '지구가 시속 3만 km로 부딪쳐 오는 것'과 같은 수준으로, 부딪힌 모든 것은 기본적으로 산산조각이 납니다. 따라서 모든 생물은 '붉은 웅덩이'로 변해버립니다.

지구의 중심핵은 100만℃의 초고온에 도달합니다.
충돌은 매우 강력한 충격파를 만들어 대기권을 크게 팽창시키고 지구의 표면온도는 수십만℃의 고온에 도달하여 지구상의 모든 것은 순식간에 증발해 플라즈마 구름으로 변합니다.

다수의 원자는 플라즈마 구름에 섞이는 형태로 대기권에서 탈출하여 지구는 태양 이상의 밝기로 일시적으로 빛납니다. 그리고 며칠만에 이 현상은 진정되어 지구는 황금빛 작은 공이 됩니다.

미다스 왕의 파워가 '닿은 물체의 부피를 변화시키지 않고 황금으로 바꾸는 능력'이라고 가정하면, 지구는 팽창도 수축도 하지 않지만 한순간에 질량이 증가합니다. 황금의 밀도는 지구의 3.5배이므로, 미다스 왕의 터치에 의해 지구의 무게는 갑자기 3.5배가 됩니다. 이는 지구상의 중력이 갑자기 3.5배가 된다는 것입니다. 인간은 역도 세계챔피언이지 않는 한 자신의 무게로 움직일 수 없습니다.

중력이 3.5배 증가하면 나무와 건물이 붕괴하고 새와 비행기 등은 낙하하여 표면에 충돌합니다. 그리고 대기의 무게와 압력까지 3.5배가 됩니다.
공기압이 3.5배 증가하면 압축된 공기에 의해 온도가 150℃까지 상승합니다. 이 상승으로 지상의 모든 것이 노릇노릇 구워지고 도망칠 곳은 존재하지 않습니다.

또한 금은 전연성이 뛰어난 부드러운 금속입니다. 이에 산맥 전체가 자중에 의해 무너져 내립니다.
이 현상은 육지에 국한된 것은 아닙니다. 바다는 오목한 부분이 매워져 해발이 평균화됩니다.

최종적으로는 초고기온과 수심 3km의 바다로 덮인 행성이 남게 됩니다.

바람이 프로펠러와 직결된 터빈을 돌려 발전하는 풍력발전은 기후변화의 원인이 되는 이산화탄소나 메탄가스 등을 배출하지 않는 신재생에너지로서 기대되고 있습니다. 그러나 풍력발전에 사용되는 프로펠러는 매우 거대하고 설치할 수 있는 장소가 한정되는 점이 풍력발전의 단점 중 하나입니다. 왜 풍력발전용 프로펠러는 거대해야 하는지에 대해서 과학을 설명하는 YouTube 채널 minutephysics가 동영상에서 설명합니다

The Physics of Windmill Design - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=WGKIjojADmg

풍력발전은 19세기 말에 탄생했습니다. 초창기의 프로펠러는 날개의 매수가 많았고 직경이 20m 정도의 크기였습니다. 그러나 시대의 흐름과 함께 프로펠러는 거대화하여 현재는 날개의 직경이 100m를 초과하기도 합니다. 날개의 매수도 2~3개로 줄었고 날개 자체의 모양도 길쭉한 모양으로 바뀌었습니다.

날개의 '전체 거대화', '매수의 감소', '예각화'라는 3가지의 진화에는 물리학적 이유가 있습니다.

우선 프로펠러 전체가 거대화하는 이유는 단순히 프로펠러의 직경이 클수록 프로펠러를 돌리는 힘이 커져 기전력이 증가하기 때문입니다.

그리고 지상에 가까운 부분은 건물과 지형 등에 의해 바람이 막혀 버리기 때문에, 효율적으로 바람을 얻기 ​​위해서는 프로펠러를 높은 곳에 설치해야 합니다.

더 효율이 좋은 풍력발전을 목표로 하기에 프로펠러는 더 높아지고 더 커질 필요가 있다는 것입니다.
그리고 풍력발전을 말하는데 있어서 피할 수 없는 것이 '베츠의 법칙'이라는 물리법칙입니다. 베츠의 법칙은 프로펠러와 물레방아가 유체의 운동에너지로부터 얻을 수 있는 최대의 에너지를 계산하기 위한 공식으로, 풍력발전의 이론적인 최대 에너지 변환효율이 59.3%임을 수학적으로 이끌어냈습니다.

59.3%의 변환효율에 접근하기 위해서는 '많은 바람을 받으면서 프로펠러를 빨리 돌린다'는 일을 해야 합니다. 공기저항을 가능한 한 적게 하면서 바람의 힘을 회전으로 바꾸기 위해서는 '좁은 날개로 빨리 프로펠러를 돌리기' 또는 '넓은 날개로 천천히 프로펠러를 돌리기'라는 두 가지 방법이 존재합니다.

프로펠러는 직선적인 바람의 에너지를 회전으로 변환하는 것인데, 이것은 '공기에 비틀기를 추가한다'는 것을 의미합니다. 프로펠러 뒤의 공기는 소용돌이가 치는 기류가 발생하지만, 프로펠러가 바람의 에너지를 100% 얻을 수 있다면 기류가 발생하지 않는다고 생각되기 때문에, 이 기류의 회전에너지는 즉 '프로펠러에서 흡수할 수 없었던 에너지'라는 것입니다.

즉, 프로펠러 뒤에 발생하는 기류의 소용돌이가 적을수록 프로펠러의 변환효율이 우수하다는 것을 의미합니다.

또한, 프로펠러의 속도도 에너지 변환효율에 큰 영향을 미칩니다. 예를 들어 다음 그림과 같이 이동하는 삼각형의 사면에 볼을 떨어뜨렸을 때, 공은 튀어 올라 왼쪽으로 굴러갑니다. 그리고 사면의 이동속도가 빠를수록 볼이 왼쪽에 구르는 거리는 짧아집니다. 이것은 사면의 이동속도가 빠를수록 떨어지는 공의 에너지를 많이 흡수한다는 것을 의미합니다.

따라서 '프로펠러의 날개는 빠르게 회전하면 할수록 회전에너지의 손실이 줄어든다'는 것입니다. 이론적으로는 프로펠러의 회전속도는 풍속의 5배 이상일 것이 요구된다고 합니다.

그리고 날개가 넓어지고 매수가 많아질수록 무거워져 프로펠러의 회전속도가 떨어지고 비용도 늘어나기 때문에 '가늘고 좁은 날개가 2~3장'이라는 스타일이 현재의 프로펠러에 채용된 이유입니다.

이러한 이유로 더 효율적인 프로펠러를 실현하려면 '좁은 날개 3장으로 가능한 한 빨리 프로펠러를 돌린다'라는 접근방식을 채택해야 한다는 사고방식이 나왔고, 그 결과 현대의 풍력발전 프로펠러는 거대하며 얇고 좁은 날개가 고속으로 회전하도록 설계되어 있습니다.

'결정'은 원자와 분자가 공간적으로 반복되는 패턴을 가지고 배열된 물질을 말합니다만, 이 반복패턴을 시간방향으로도 확장한 '시간결정'의 작성이 세계 최초로 성공했습니다.

Physicists Create World 's First Time Crystal
https://www.technologyreview.com/s/602541/physicists-create-worlds-first-time-crystal/

'시간결정'이라는 개념이 태어난 것은 2012년의 일로, 매사추세츠 공과대학의 물리학자 프랭크 윌첵(Frank Wilczek
) 씨가 제창했습니다. 시간결정 입자의 규칙적인 배열은 3차원 공간뿐만 아니라 시간방향으로도 확산한다는 사차원의 결정구조를 말합니다. 제창한 당시 윌첵 씨는 시간결정의 구체적인 생성방법에 대해서는 언급하지 않았습니다만, 이후 미국의 로렌스 버클리 국립연구소가 생성방법을 제기했습니다.

「四次元の時空間結晶、実際に作れる」バークレー研究所が作製方法を提起 | SJN News　再生可能エネルギー最新情報
http://sustainablejapan.net/?p=2526

[3D 공간에서의 결정화는 물질의 분자계에서 열을 제거하고 낮은 에너지 상태로 할 때 일어나는 연속적인 공간대칭성의 파괴를 의미한다. 물질 중의 모든 방향에 대해 대칭이었던 구조가 저온에 놓이며 파괴되어 이산적 대칭성(특정 방향으로만 대칭이 되는 것)이 나타나는 현상이 결정화이라고 설명할 수 있다. 시공간결정은 이 이산적 대칭성을 시간방향으로 확장한 구조이며, 결정에서 볼 수 있는 일정한 패턴이 공간뿐만 아니라 시간적으로도 주기성을 가지고 나타나게 된다.

예를 들면, 마찰이 제로인 상태에서 영원히 원운동을 계속하는 입자는 시간방향으로 결정화하고 있다고 볼 수 있다. 버클리 연구소팀이 제기하고 있는 시공간결정은 극저온에서의 전계이온트랩과 입자 간의 쿨롱 척력을 이용하여 트랩된 이온이 영구적으로 회전운동을 하고, 그 구조가 시간상에서 주기적으로 재현된다. 이러한 시공간결정은 양자에너지 상태가 최소한으로 되어 있기 때문에 시간적인 질서가 영구적으로 유지되어, 이론적으로는 우주의 다른 부분이 엔트로피 증대에 의한 열평형상태(열죽음)에 도달한 후에도 결정이 지속될 것으로 간주한다.]

그러나 그 후 시간결정은 실현불가능하다는 것을 수학적으로 증명한 논문을 캘리포니아대학 버클리교의 와타나베 하루키 대학원생과 도쿄대학의 오시카와 마사타케 교수가 발표했고, 시간결정은 존재하지 않는 것으로 생각되었습니다.

「時間結晶」が不可能であることの証明～ノーベル賞物理学者の新理論を明確に否定～
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/issp_wms/DATA/OPTION/release20150622.pdf

「時間結晶」が実現できないことが数学的に証明される | サイエンス - 財経新聞
http://www.zaikei.co.jp/article/20150623/255682.html

[이번 연구에서는 통계역학에 의해 도출되는 안정한 물질의 상태(평형 상태)에서 거시적인 물리량의 시간상관함수를 평가하고 엄격한 부등식을 이용하여 이것이 시간적으로 진동하는 것을 아니라는 것을 수학으로 증명했다. 이것은 통계역학을 준수하는 한, '시간결정'은 실제로 존재하지 않는다는 것을 의미하고 있다.]

그러던 중 2016년 10월 4일에 메릴랜드대학의 크리스 먼로 교수가 이끄는 연구팀이 세계 최초로 시간결정을 만드는 데 성공했습니다. 시간결정을 만들기 위한 기본공정은 매우 단순한데, 이온그룹과 같은 양자계를 링모양으로 만들고 에너지 상태가 가장 낮아질 때까지 냉각하는 방식입니다. 그러자 물리법칙적으로 링이 완전히 정지한 것이 됩니다.

연구팀은 시간결정의 용도로 '강력한 양자메모리를 실현하기 위한 양자정보 테스크' 등을 거론합니다. 그러나 아직도 이해가 진행되지 않는 특성 등 많은 성질을 신중하게 검토해가지 않는다면 정말 시간결정이 존재하는 것인지 밝혔다고 할 수 없다고 말합니다.

봉투가 등장하기 이전의 유럽에서는 누군가에게 보내는 편지를 도중에 읽히지 않게 하려고 편지 자체를 특수하게 접어 봉쇄하는 'Letterlocking'이라는 방법이 채용되고 있었습니다. Letterlocking으로 봉인된 편지를 열지 않고도 내용을 읽는 방법이 국제연구팀에 의해 개발되었다고 보고되고 있습니다.

Unlocking history through automated virtual unfolding of sealed documents imaged by X-ray microtomography | Nature Communications
https://www.nature.com/articles/s41467-021-21326-w

Secrets of sealed 17th century letters revealed by dental X-ray scanners | EurekAlert! Science News
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-03/qmuo-sos030121.php

“Locked” for 300 years: Virtual unfolding has now revealed this letter’s secrets | Ars Technica
https://arstechnica.com/science/2021/03/locked-for-300-years-virtual-unfolding-has-now-revealed-this-letters-secrets/

Letterlocking은 편지를 접거나 일부를 자르거나 또는 부분적으로 끈이나 왁스로 고정하는 방식으로 봉인하여 도중에 누군가가 읽으면 쉽게 알아볼 수 있도록 하는 기술입니다. 유럽의 Letterlocking의 역사는 13세기까지 거슬러 올라가는데, 1830년대에 대량생산된 봉투가 등장하기까지 많은 사람에게 이용되고 있었다고 합니다.

자신의 편지를 Letterlocking으로 봉한 것으로 잘 알려져 있는 인물은 메리 1세와 엘리자베스 1세 등의 귀족, 사상가 니콜로 마키아벨리, 과학자 갈릴레오 갈릴레이 등의 유명 인사가 있습니다. Letterlocking은 유명 인사뿐만 아니라 편지를 보내는 습관을 가지고 있는 일반인들 사이에서도 사용되고 있었다고 합니다.

Letterlocking은 몇 세기에 걸친 역사 속에서 다양한 형태가 태어났습니다. 매사추세츠 공과대학(MIT)에서 Letterlocking을 연구하는 Jana Dambrogio 씨에 따르면, Letterlocking의 형태는 수백 가지에 달하며 간단한 것도 있고 매우 복잡한 것도 있다고 합니다. 사람에 따라서는 독자적으로 개발한 자신만의 Letterlocking을 사용한 경우도 있고, 보낸 사람의 개성을 편지를 봉인하는 방법으로 보여줄 수 있었다고 합니다.

Letterlocking 연구의 난관은 'Letterlocking의 종류와 내용을 조사하려고 개봉하면 편지가 손상된다'는 점입니다. Dambrogio 씨는 "우리는 정말 원본을 유지해야 합니다. 봉인된 편지를 그 상태 그대로 두면 거기에서 배우고 유지할 수 있습니다"라고 말합니다.

그래서 Dambrogio 씨를 포함한 국제연구팀은 런던대학 퀸메리교의 치과연구소에서 개발된 고감도 X선 마이크로단층스캐너를 사용하여 Letterlocking으로 봉인된 편지를 읽는 방법을 고안해냈습니다. 이 스캐너는 치아에 포함된 미네랄 함량을 매핑할 목적으로 설계된 것인데, 오래된 종이와 양피지에 포함된 잉크에도 작동한다고 합니다.

또한 연구팀은 접힌 편지의 층을 분리하는 알고리즘도 개발하여 Letterlocking으로 봉인된 편지를 가상으로 전개하여 편지를 접는 방법에 대해 조사할 수 있도록 했다고 합니다. 퀸메리교의 공동저자인 David Mills 씨는 "이 검사기술은 의료용 CT스캐너와 비슷하지만, 더 강력한 X선을 사용하여 문자를 작성하는 데 사용된 잉크에 포함된 금속의 미세한 흔적을 확인할 수 있습니다"라고 설명합니다.

X선 스캐너를 이용한 새로운 방법을 개발한 연구팀은 네덜란드 헤이그의 우편박물관에 소장되어 있는 트렁크에 보관된 편지의 해독에 도전했습니다. 총 2571통에 달하는 이 편지는 1689~1706년 사이에 기록된 것이지만, 어떤 이유로 배달되지 않았던 것들로, 전체 중 577통이 Letterlocking으로 되어 있으며, 현재까지 개봉하지 않은 상태가 유지되고 있습니다.

연구팀은 577통 중 4통을 X선 스캐너로 분석하여 300년 만에 편지의 내용을 읽는 데 성공했습니다. 이번 연구에서 조사된 편지 중 1통은 1697년 7월 31일자로 프랑스 릴에서 헤이그로 보내졌던 것으로, 사망통지의 사본을 보내도록 요구하는 내용이 적혀있었다고 합니다.

연구팀은 Letterlocking으로 봉인된 편지의 조사를 통해 지역의 문화와 우편 네트워크, Letterlocking의 역사에 관한 연구가 진전될 가능성이 있다고 전망합니다.

최고 시속 140km로 비행하는 드론과 드론의 영상을 실시간으로 볼 수 있는 고글 세트인 'DJI FPV'를 사용하면 실제로 자신이 하늘을 날고 있는 것 같은 관점에서 드론을 조종하는 것이 가능합니다.

DJI FPV - 비행의 새로운 차원에 - DJI
https://www.dji.com/kr/mobile/dji-fpv

DJI FPV review: fast and furious - The Verge
https://www.theverge.com/22308345/dji-fpv-review-first-person-drone-price

'DJI FPV'가 어떤 드론인지는 아래의 영상을 보면 단번에 알 수 있습니다. 음성은 영어이지만 한국어 자막으로 재생할 수 있습니다.

DJI - Introducing DJI FPV - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=LVoPGlNvHhw

DJI FPV는 4K 대응의 고성능 카메라를 탑재한 드론으로 컨트롤러와 고글로 구성되어 있습니다.

DJI FPV는 누구나 다룰 수 있도록 3가지의 비행모드를 탑재하고 있습니다. 첫 번째 'N모드'는 '초보자'를 위한 표준모드로, 기존의 드론과 같은 방법으로 조작이 가능합니다. 자동 호버링에 의해 고도가 일정하게 유지되며, 시속 54km의 속도제한과 장애물감지 기능으로 안전하게 드론을 비행시킬 수 있습니다.

'S모드'는 최고 시속 약 97km로 상당한 속도를 낼 수 있고 기체가 자동으로 수평으로 유지되도록 되어 있습니다.

'M모드'로 전환하면 모든 센서와 호버링 기능이 비활성화되어 자유도가 높은 완전 수동조작을 할 수 있게 됩니다. 최고 속도는 시속 140km로 정지상태에서 시속 100km에 도달하는데 소요되는 시간은 불과 2초입니다.

자동 수평상태를 유지하는 기능이 해제되므로 공중제비도 가능. IT계 뉴스사이트 The Verge에 따르면, FPV의 세계에서 이런 조작법은 '아크로'라고 불리며, 습득하려면 수백 시간에서 수천 시간의 비행시간이 필요하다고 합니다.

컨트롤러에 있는 '비상 브레이크 & 호버링 버튼'을 누르면 3가지 모드 모두에서 기체가 비상정지하고 그 자리에서 호버링하므로 만일의 충돌을 회피하는데 사용할 수 있습니다. 컨트롤러에는 이외에도 버튼 한 번으로 자동 귀환시키는 'RTH(Return-to-Home) 버튼'도 있습니다.

전원용량은 2000mAh의 교환식 배터리, 최대 비행시간은 20분입니다. 영상의 전송은 810p/60fps에서 대기시간이 40밀리초 이하인 '고화질 모드'와 810p/120fps에서 대기시간이 28밀리 초 이하인 '저지연 모드'로 전환할 수 있습니다.

고글은 최대 시야가 150도 초광각이어서, 설정에 따라서는 기체의 프로펠러까지 시야에 넣을 수 있다고 합니다.

실제로 DJI FPV를 검토한 The Verge는 "이전에도 DJI Mini 2를 사용한 적이 있어서 FPV에 도전하는 것은 그리 어려운 일이 아니었습니다만, M모드에서는 아찔한 순간도 발생했습니다. 그러나 완전히 드론 날리기에 빠져버려, 거리를 걷거나 어딘가에 나갈 때마다 '드론을 어디에서 날릴까'라고 생각하게 만듭니다"라고 평가합니다.

DJI FPV는 본체와 컨트롤러, 고글 등이 세트인 'DJI FPV 콤보'가 150만 원이라는 가격대로 구입이 가능합니다.

자동차의 엔진출력을 나타내는 단위로 사용되고 있는 '마력'. 이름 그대로 원래는 말 한 마리가 발휘하는 작업속도를 1마력으로 정한 것이 유래입니다. 1마력의 크기는 밤바(짐을 끄는 말)가 계속 짐을 당길 때의 작업속도를 기준으로 결정했습니다.

계속해서 발휘할 수 있는 양을 나타내며, '말의 최고 출력 = 1마력'을 의미하는 것은 아닙니다. 덧붙여서, 경주마 혈통의 각력은 수십 마력이나 됩니다. 좀 더 살펴보면 '75kg 무게의 물체를 1초 동안 1m 이동(리프팅)시키는 힘', 즉 75kgf · m/s가 1마력입니다.

그럼 1마력을 알기 쉽게 환산해 봅시다. 75kg의 성인 남성을 1m, 1초간 들어올리는 상황을 상상해보면 상당한 힘이 필요하다는 것을 알 수 있습니다. 그것을 지속적으로 할 수 있다면 1마력의 인간이라는 것입니다.

그럼 물 속을 헤엄치는 생물들로 환산해 봅시다.
(물의 저항을 무시하면)연못에서 헤엄치는 잉어는 전력을 내면 시속 3.5km 정도의 속도로 수영할 수 있습니다. 잉어의 무게를 1kg으로 한 경우, HP는 0.001마력입니다. 시속 15km로 수영할 수 있는 무게 20kg의 큰 잿방어라면 0.11마력. 시속 35km로 헤엄치는 돌고래(체중 400kg)는 5.29마력. 시속 80km로 수영하는 참치(체중 250kg)는 7.56마력. 시속 100km로 수영하는 돛새치(체중 500kg)는 18.9마력으로 250cc의 단기통 오토바이와 거의 동일합니다.

지구상에서 가장 큰 동물인 고래(무게 150t)는 무려 1,732마력으로 전차 수준의 마력입니다.

인간은 1마력을 낼 수 있나?

1마력은 PS와 W(와트) 등의 단위로 나타냅니다. 1마력 = 735.5W로 변환할 수 있습니다. 이 735.5W가 무게 75kg의 물건을 1초 동안 1m 들어올리는 데 상응하는 파워입니다.

75kg의 바벨을 1초 동안 1m 올리는 것은 약간 힘센 사람이라면 할 수 있습니다. 즉, 인간도 1마력을 낼 수 있는 것입니다. 그러나 계속할 수 없다는 점이 인간과 기계의 차이입니다.

인간이 낼 수 있는 마력의 한계는?

100m 달리기에서 체중 94kg인 우사인 볼트가 100m를 10초 이내에 달릴 때의 마력을 계산하면...

94 × 100/10 = 940W

1마력은 735W이므로 우사인 볼트는 1마력을 웃돌아, 약 1.28마력을 내고 있는 것입니다. 그러나 100m를 넘어서 같은 속도로 계속 달릴 수 없기 때문에 순간적인 최대 마력인 것입니다.

그렇게 생각하면 계속해서 같은 마력을 발휘할 수 있는 자동차의 엔진이라는 것은 경차 등의 언더파워라도 아주 대단한 일을 하고 있다는 것을 실감할 수 있습니다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 1馬力ってどれくらいのパワー？人間でもだせるの？
https://www.kurumaerabi.com/car_mag/list/4148/

기본적으로 음식은 부패합니다. 그러나 부패를 억제하여 음식물을 저장하는 것이 가능하면 필요할 때 먹거나 이용할 수 있습니다. 음식을 저장하는 방법으로 간단하고 효과적인 것이 염장입니다. 이른바 소금입니다. 소금을 뿌리거나 소금물에 담그어 두면 음식의 부패가 일어나지 않습니다. 그래서 동서양의 다양한 음식이 염장처리되어 있습니다.

부패가 억제되는 원리는, 소금이 부패를 일으키는 박테리아와 곰팡이의 증식을 억제하기 때문입니다. 소금이 균을 죽이는 작용을 가지고 있는 것은 아닙니다. 만일 그런 작용이 있었다면 광대한 바다에서 생물이 살 수는 없었을 것입니다.

또한 소금은 입자상태에서는 부패를 억제하는 효과가 거의 없는데, 소금이 물에 녹은 상태, 즉 소금물이 되어 있어야 합니다. 그것도 진한 소금물이어야 합니다.

부패를 일으키는 세균과 곰팡이는 세포로 형성되어 있습니다. 세포 안에는 주로 칼륨을 포함 소금물이 존재하고 이 소금물 속에서 다양한 생물로서의 반응이 일어나 생존, 증식을 하게 됩니다. 만약 세포 주위에 진한 소금물이 있다면 세포 속의 물은 진한 소금물로 이동합니다. 이것은 침투라는 물리적 현상으로, 이를 통해 세포 속의 물이 줄어듭니다. 즉 탈수가 일어나는 것입니다. 이로 인해 세포는 부서져 버리고 사멸됩니다.

그래서 진한 소금물을 음식을 사용하면 세균과 곰팡이의 세포가 부서져 늘어날 수 없으며 음식의 성분이 세균에 의해 분해되는 일이 일어나지 않습니다. 즉 부패가 일어나지 않습니다.

한편, 세포 속의 물과 같은 농도의 소금물에서는 침투가 일어나지 않기 때문에 세포가 손상되지 않습니다. 따라서 부패를 방지하려면 소금물의 농도가 중요합니다.

그래서 염장한 음식에는 많은 소금이 포함되어 있습니다. 건어물과 젓갈, 연어알 등이 짠 이유입니다. 염장 제품은 진미가 많고 맛있지만, 너무 많이 먹으면 염분을 대량으로 섭취하게 되므로 혈압이 걱정되는 사람은 주의가 필요합니다.

 
출처 참조 번역
· Wikipedia
· 「塩蔵」濃い塩水が腐敗防止に
https://e-kensin.net/news/124472.html

직류와 교류는 감전의 피해가 다릅니다. 직류에 감전된 경우에는 근육이 수축하며 굳는 반면, 교류의 경우 진동하듯 경련을 일으킵니다. 위험은 직류와 비교해 교류가 약 5배 위험한 것으로 알려져 있습니다. 가정용 교류의 경우 50mA의 감전으로 사망할 위험이 있지만, 직류는 통증은 있지만 감전원으로부터 벗어날 수 없게 될 정도는 아닙니다.

또한 주파수에 따라서도 전격반응은 다릅니다. 주파수가 1kHz 이상을 넘으면 주파수에 비례하여 감전임계값이 올라갑니다. 즉 감전되기 힘들어집니다. 이것은 세포막의 이온채널의 응답특성에 관계하는 것으로 간주합니다. 고주파 전기메스는 이 특성을 이용하여 절제 등의 수술을 합니다. 감전시키지 않고 순간적으로 고열을 발생시켜 절단합니다.

전압이 아무리 높아도 사람은 거의 죽지 않습니다. 겨울 스웨터를 벗을 때 발생하는 정전기는 수만 볼트에 달합니다. 사람의 감전사는 체내를 흐르는 전류가 원인입니다. 몸 내부의 근육 · 내장에 전류가 흘러 상해를 입힙니다. 특히 심장에 전류가 흐르면 치명적입니다. 심장은 전류로 제어되기 때문에 큰 전류가 흐르면 지령전류가 파괴됩니다. 사슴 등의 야생동물 방제를 목적으로 한 전기울타리의 전압은 수천 V이지만 전류가 미약하므로 순간적인 충격만을 가하도록 만들어져 있어서 다치지는 않습니다.

고층의 건축물을 이용하여 농업을 실시하는 수직농법은 좁은 공간을 활용할 수 있고, 효율적으로 식량생산이 가능하다고 주목을 받아 왔습니다. 그러나 수직농법에도 여러 난점이 있다고 과학미디어 Low-tech Magazine이 지적합니다.

Vertical Farming Does Not Save Space - LOW-TECH MAGAZINE
https://www.lowtechmagazine.com/2021/02/vertical-farming-ecosystem-services.html

수직농법은 농지를 확보하기 어려운, 주로 도시지역에 적합한 농작법으로, 작물로는 상추나 토마토 등 수분이 많은 야채가 적합합니다. 일반적인 농법은 태양 아래에서 재배하는 것이지만, 수직농법은 실내에서 재배를 하기 때문에 농작물은 항상 태양광발전 등으로 점등된 전등 아래에서 성장하고 있습니다.

수직농법의 장점 중 하나는 수송비용의 절감으로, 도시의 고층건물에서 농작물을 수확하고 그대로 주위에 출하하기에 원격지에서 대규모 농업을 하는 것보다 운송비용이 훨씬 적습니다. 그러나 기존의 수직농법에서 재배되는 야채는 대도시 사람들의 수요를 완전히 충족하는 것이 아니며, 밀 등의 곡물, 콩과 식물, 근채류 등의 재배도 필요합니다.

2020년 수직농법에서 밀을 재배하려면 무엇이 필요한지를 모색하는 것을 목적으로 완전히 인공적인 환경에서 밀을 키운다는 실험이 이루어졌습니다. 이 실험에 의해 수직농법이라면 1년에 4회 수확이 가능하며, 1평방미터의 면적에 1회 수확당 1근(약 600g)의 빵을 만드는데 충분한 양의 밀을 얻을 수 있다고 판명이 났습니다. 한편 전기는 연간 2577kWh, 물은 연간 394리터 필요했습니다.

수직농법의 장점은 재배공간을 수직으로 중첩하여 공간을 절약할 수 있다는 점입니다만, 태양전지판 등으로 발전하는 경우를 생각하면, 태양전지 패널의 설치면적에 따라 공간의 삭감분이 상쇄된다는 단점이 있습니다. 1평방미터의 농지에 필요한 태양전지 패널은 20평방미터로 알려져 있어, Low-tech Magazine은 "수직농법은 농지의 비용뿐만 아니라 태양전지 패널과 축전설비에도 돈이 든다"고 말합니다.

Low-tech Magazine은 "수직농법은 수송거리가 가깝다는 유일한 장점은 있지만, 결국 전력 및 수도요금, 기타 운영비용 측면에서 상당한 비용이 든다"고 지적합니다.

2007년 1월 마치 리본처럼 얇은 띠 모양의 얼음이 빙글빙글 공중에서 휘감기는 현상을 포착한 사진이 캐나다에서 촬영되었습니다. 이 이상한 현상에 대한 원인을 규명한 일리노이 주립대학 지리학 지질학과 제임스 카터 교수가 설명합니다.

Ice Formations Diurnal Freeze-Thaw Cycles
http://my.ilstu.edu/~jrcarter/ice/diurnal/extrude/

아래의 3장의 사진이 실제 촬영된 얼음리본. '맹견주의'라고 쓰여진 간판이 부착된 울타리에 반투명 리본과 같은 모양의 얼음이 감겨 있습니다.

아래의 사진은 1번째 사진을 다른 각도에서 촬영한 것으로 얼음리본의 폭은 약 1인치(약 2.5cm)의 표면에 리본과 평행하게 줄무늬가 들어가 있는 것을 확인할 수 있습니다.

이 리본이 어디에서 형성되었는지를 담은 아래의 사진. 철제 울타리가 공동으로 되어 있으며, 용접의 틈이 열화와 녹에 의해 벌어진 구멍에서 삐져나오고 있는 것 같습니다.

비슷한 현상은 캐나다 이외에서도 확인되고 있습니다. 예를 들어, 다음 사진은 영국에 있는 나선형 계단의 난간에서 촬영된 것으로, 얼음 튜브가 공중에서 소용돌이 치고 있습니다.

또한 러시아의 공원에 설치된 놀이기구에서는 코르크처럼 깨끗한 나선형을 그린 얼음이 촬영되었습니다. 영국과 러시아에서 발견된 얼음도 금속파이프의 틈새에서 발생하고 있습니다.

카터 교수는 실험을 위해 금속파이프를 준비하여 안에 물을 채우고 한쪽에 스크류 캡을 달았습니다. 이때 뚜껑에 구멍을 내거나 쇠톱으로 칼집을 냈습니다. 다른 쪽 끝을 평평하게 으깬 후 덕트 테이프로 빙빙 감아 보강한 후, 그 파이프를 수직으로 세운 상태에서 외부에 두고 얼도록 방치했습니다.

그리고 촬영된 것이 아래의 사진. 냉동되며 물이 팽창했고 파이프 내의 압력에 의해 캡의 균열에 압력이 집중되면서 캡에서 밀려나오듯 얼음이 형성되었습니다.

아래의 사진이 다른 실험에서 재현된 얼음리본으로 카터 교수는 "철제파이프에 들어간 물이 몇 번이나 얼어붙거나 녹거나를 반복함으로써, 용접에 뚫린 구멍에서 얼음이 밀려나와 얼음리본이 형성됩니다."라고 설명합니다.

카터 교수는 자신이 사는 밴쿠버와 러시아, 영국 등 외기에 물이 얼어버릴 정도의 기후였기 때문에 이 현상이 발생할 것으로 예상하고 있었습니다. 또한 카터 교수가 조사한 범위에서는 기온이 낮을수록 얼음리본은 약해질 것으로 예측합니다.

천재적인 영감으로 다수의 수식을 발견하여 '인도의 마술사'라는 별명을 가지고 있는 천재 수학자 스리니바사 라마누잔(Srinivasa Ramanujan)과 같이 수식을 찾아주는 AI' 라마누잔 머신'을 이스라엘공과대학의 연구팀이 개발했습니다.

Generating conjectures on fundamental constants with the Ramanujan Machine | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03229-4

AI maths whiz creates tough new problems for humans to solve
https://www.nature.com/articles/d41586-021-00304-8

World’s hottest new math mind-teasers set by Israeli AI formula-finder | The Times of Israel
https://www.timesofisrael.com/worlds-hottest-new-math-mind-teasers-set-by-israeli-ai-formula-finder/

Machines Are Inventing New Math We've Never Seen
https://www.vice.com/en/article/xgzkek/machines-are-inventing-new-math-weve-never-seen

라마누잔은 아래의 원주율 공식 등의 정리와 수식을 4000개 가까이 발견했고, 그 증명에 대해서 "자고있는 사이에 여신이 알려주셨다" 등의 답변으로 '인도의 마술사'라는 별명으로 불리게 되었습니다. 라마누잔은 1920년에 32세의 젊은 나이에 요절했지만 그가 발견한 정리와 수식의 검증에는 사후 80년 이상 걸렸고 그 대부분이 옳았다는 점에서 '수학의 미래를 연 천재'라고도 평가되고 있습니다.

그런 라마누잔의 이름이 붙여진 '라마누잔 머신'은 원주율 π와 네이피어 상수(Napier's Constant) e 등의 무리수를 다음과 같은 연분수라는 분모에 더욱 분수가 포함된 형태로 예측하는 AI입니다.

라마누잔 머신이 예측한 연분수는 특정 부분에 일정한 규칙성을 가지고 있는 점이 특징입니다. 실제로 머신이 예측한 등식은 '1,2,3,4 ......'나 '3,6,9,12 ......' 등의 규칙성을 가지고 있습니다. 예측된 수식을 증명하는 작업은 현재 인간의 수학자에게 달려 있습니다.

라마누잔 머신은 이미 19개의 수식을 예측했으며, 카탈랑 수(Catalan number)에 관한 수식은 지금까지 발견된 것보다 정확도가 높은 것으로 입증되고 있습니다만, 아페리 상수(Apéry's constant)에 관한 수식은 증명할 실마리가 발견되지 않았다고 합니다. 프로젝트를 주도하고 있는 이드 카미나 씨는 라마누잔 머신의 스마트폰 앱버전을 개발하여 전세계에 존재하는 스마트폰의 연산처리를 활용할 수 있다면 더 많은 수식을 발견할 수 있을 것이라고 말합니다.